WO2011034410A1 - Moteur à combustion interne de quatre temps avec récupération partielle de l'énergie des gaz issus de la combustion par leur transfert vers la phase de compression suivante - Google Patents

Moteur à combustion interne de quatre temps avec récupération partielle de l'énergie des gaz issus de la combustion par leur transfert vers la phase de compression suivante Download PDF

Info

Publication number
WO2011034410A1
WO2011034410A1 PCT/MA2010/000011 MA2010000011W WO2011034410A1 WO 2011034410 A1 WO2011034410 A1 WO 2011034410A1 MA 2010000011 W MA2010000011 W MA 2010000011W WO 2011034410 A1 WO2011034410 A1 WO 2011034410A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gases
cylinder
transfer
engine
combustion
Prior art date
Application number
PCT/MA2010/000011
Other languages
English (en)
Inventor
Nasserlehaq Nsarellah
Original Assignee
Nasserlehaq Nsarellah
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nasserlehaq Nsarellah filed Critical Nasserlehaq Nsarellah
Publication of WO2011034410A1 publication Critical patent/WO2011034410A1/fr

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0276—Actuation of an additional valve for a special application, e.g. for decompression, exhaust gas recirculation or cylinder scavenging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D15/00—Varying compression ratio
    • F02D15/04—Varying compression ratio by alteration of volume of compression space without changing piston stroke
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/41—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories characterised by the arrangement of the recirculation passage in relation to the engine, e.g. to cylinder heads, liners, spark plugs or manifolds; characterised by the arrangement of the recirculation passage in relation to specially adapted combustion chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/02—Engines characterised by precombustion chambers the chamber being periodically isolated from its cylinder
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • This invention relates to a new means for recovering a portion of the energy normally dissipated by the gases from combustion in four-stroke internal combustion engines. This recovery is based on a simple principle and is compatible with existing technologies. It will improve the fuel efficiency of the engine and ultimately reduce fuel consumption.
  • the present invention aims to recover a portion of the energy of the gases from combustion and use it to help improve the efficiency of the engine by taking a different approach.
  • This approach consists in installing a set of additions making it possible to take a quantity of gas resulting from combustion from the cylinder in the expansion phase and to introduce them into the cylinder in the compression phase.
  • the transfer of the gases will begin when the piston under expansion will be approximately halfway about its downstroke; The transfer will end when the piston is in a position somewhere before the bottom dead center (PMB).
  • PMB bottom dead center
  • the transferred gases will be introduced into a cylinder during the compression phase at shims which will vary according to the chosen design.
  • the transfer of gas expansion is provided by the pressure of the gas itself and is controlled by a pipe equipped with valves located at the end of the combustion chambers of the source cylinder and the target cylinder.
  • the pressure of the gases inside the cylinders is quite important and should allow to push the gases transferred into the chamber in compression.
  • the gases from the end of the expansion phase provide thermal energy, kinetic energy and an amount of air thus making it possible to bring the mixtures initially present in the receiver cylinder to higher levels of pressure and temperature. and this, without spending additional energy to increase compression. This transfer will improve the efficiency of combustion and the engine cycle.
  • the rest of the gases will continue (inside the source cylinder) to supply the energy for the engine time, and will be evacuated by the normal exhaust system eventually passing through a turbo compressor.
  • the modalities of the removal of this quantity of the gases in expansion will have to be calculated so as to balance between optimizing the gain in yield of the next explosion and to minimize the loss of pressure at the end of relaxation of the first cylinder.
  • the transfer of the gases can be done in one piece or with a short stay in the pipes which then serve as a temporary storage place. This transfer will only be activated in a certain range of speeds and / or powers.
  • Figure 1 shows a schematic view (in section and front) of the proposed provisions for the main parts of the engine.
  • the cut is located at the pipe leaving the combustion chamber and its valve, which allows to control the passage of gases.
  • Figure 2 shows another schematic view (in section and facet) of the same proposed for the main parts of the engine.
  • the cut is located at the auxiliary combustion chamber and its valve (defined below).
  • Figure 3 is a schematic top view of the arrangement of additional single cylinder parts or parts of the engine as proposed in this invention.
  • Figure 4 shows a schematic (top) projection of the arrangement of additional parts or parts on the four engine cylinders as proposed in this invention for engines with direct transfer of gases (defined below).
  • the diagram shows the projection of the other important parts of the engine to locate the first.
  • Figure 5 is a schematic (top) view of the arrangement of additional parts or parts on the four engine cylinders as proposed in this invention for a delayed transfer engine (defined below).
  • the diagram also shows the projection of the other important parts of the engine.
  • this invention which receives this system operates on four times: admission, compression, expansion and exhaust. However, it operates according to two possible modes: idle or normal and power regime (or with gas transfer). During the power regime mode, gas transfer periods (for each half-turn of the crankshaft) from the cylinders at the end of expansion to the cylinders during the compression period are practiced. Thus the relaxation and compression phases are different from those known in a normal engine.
  • the transfer of gases can be done in two modes: direct and deferred (defined below).
  • Said engine contains all known parts in the state of the art of four-stroke internal combustion engines: a crankshaft (9) connecting rods (8) pistons (7) cyliridres (13), from combustion chambers (3) pipes and the exhaust and intake valves (10), a crankcase block (group) (6) and a cylinder head (2).
  • the exhaust and intake valves are actuated at precise timings by the camshafts (1), and the pushers (10), (or by electromagnetic mechanisms) with variable or fixed angular setting. All other support or holding arrangements known in the generally used motors are present in the appropriate manner.
  • the system is characterized in particular by the presence of pipes (18) emanating from each combustion chamber to a common pipe (17) which ensures a controlled fluid continuity between the combustion chambers of the engine (2 by 2, or together as the case may be) .
  • Valves (16) control the exits between the combustion chambers and said pipes (19). The action of these valves makes it possible to circulate the gases in all directions and between all the starting points and the necessary destinations i.e. between all the pairs of pairs of cylinders.
  • This system also optionally comprises auxiliary combustion chambers (at least one per cylinder) (4) which can be placed either in the engine group or in the engine cylinder head (not shown in the illustrations), near the chambers. conventional combustion.
  • auxiliary combustion chambers communicates with the corresponding conventional combustion chamber through a passage controlled by a valve (4, 19, 5). These chambers will be used to provide an adequate volume for volumetric compression during the regime with transfer of gases.
  • valves of the auxiliary combustion chamber (5) and the duct connecting the conventional chambers (16) of the different cylinders are actuated by a fixed or variable camshaft (1) to be opened and closed at times precise during the different phases of the engine cycle.
  • the said camshaft is in half-speed engagement with the crankshaft.
  • Arrangements for disengaging the auxiliary chamber valves or transfer lines (5, 16) during starting and at idle speeds may be included by various mechanisms in the state of the art.
  • Other means for raising the valve of the auxiliary chamber and the valve of the inter-chamber (electromagnetic) ducting can be employed in place of camshafts under provision that they perform the same functions in the same manner that is described below.
  • the objective of this invention and its approach is to use the power contained in these gases at a time prior to their evacuation by the opening of the exhaust valve.
  • This energy is used to provide additional thermal energy and additional air mass to increase the compression and temperature of the next compression and combustion of another cylinder.
  • the receiving cylinder concerned is the one whose sequence number follows on the firing order or that which follows it (if necessary is the one where there is transfer of gas with residence in the inter-cylinder line).
  • the operation of the engine comprises two modes: non-gas transfer mode (practiced in idle or low power mode) and mode with gas transfer (high power).
  • the transfer of gases is activated (Table 2).
  • the valves of the auxiliary combustion chambers are open during the compression phases and the expansion phases. They are closed during escapes and admissions. These valves may optionally remain open all the time (if the choice is) but this closure is advised to cool the valves by contact with their seats and also to keep the valve contact areas with their seats in a clean condition .
  • the minimum volume reserved for the final compression is increased: it will be composed of the sum of the volumes of the two chambers: conventional and auxiliary. This increase is intended to accommodate the largest air masses that are introduced and is the main reason for the addition of the auxiliary combustion chamber.
  • the valve that closes the pipe leading to the inter-cylinder channel is open to a timing that can vary from half to two thirds of the downward stroke of the piston. This valve will be closed somewhere before the PMB of the piston. The pressure that still prevails in the cylinder makes it possible to continue the engine time.
  • the exhaust valve is opened to evacuate the remaining gases produced by combustion through the normal route possibly passing through the turbocharger.
  • valve of the pipe leading to the combustion chamber is open to allow to inject the pressurized gas into the mixture during compression.
  • This opening is performed with a variable delay with respect to the opening of the transfer start valve (delay to be determined according to the characteristics of the construction).
  • This valve will be closed before the PMH position of the piston, early enough to allow additional compression and ignition of the mixtures.
  • the timing of all valve openings and closures involved in the transfer of gases will be dependent on the characteristics of the construction, the mode of transfer, direct or deferred (defined below) and the number of cylinders per engine.
  • the transfer of gases can also be operated in two ways:
  • Table 1 Timing of the internal comoustion during the low power regime (case of a four-cylinder engine, equal to the current state of the art)
  • Table 2 Timing of internal combustion in a regime with direct transfer of gases (case of a four-cylinder engine)
  • Table 3 Timing of internal combustion in the regime with delayed transfer of gases case of a four-cylinder engine
  • Cylinder Cylinder position number in a four-cylinder engine.
  • Time n + 1 to n + 4 different times of the motor cycle.
  • T- transfer outgoing gases to the other cylinder in compression.
  • T + Incoming transfer of gases from the other expanding cylinder.
  • the first must be calculated to provide a volume that will achieve a compression ratio volumetric adapted to low speeds (low amount of air admitted, turbo-compression of the admitted air low or zero, low temperature). This volume will therefore be less than the volume of the combustion chamber in a normal engine.
  • the volume of the auxiliary combustion chamber will be calculated in such a way that during the high-power regime the total volume of the two combustion chambers will make it possible to obtain a volumetric compression ratio compatible with the new data (more air admitted, plus temperature, in addition to the injected air lofs the transfer of gases).
  • the auxiliary combustion chamber is thus provided as a means of varying the volumetric compression ratio.
  • the engine designer may choose not to include an auxiliary combustion chamber especially if a system of variability of the compression ratio is provided, or if it does so for the sake of simplicity; In this case the volume of the conventional combustion chamber should be calculated to accommodate the variables of the compression phase during the two modes of operation: with, and without transfer.
  • Delayed transfer mode should provide more flexibility for the constraints of the valve timing match when exiting or returning gases transferred to engines with different numbers of cylinders.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

Cette invention concerne un système pour la récupération d'une partie de l'énergie perdue à travers les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne de quatre temps. L'approche consiste à prélever une partie des gaz issus de la combustion depuis un cylindre qui se trouve dans la deuxième moitié de sa phase de détente et de les conduire vers un autre cylindre qui est en phase de compression. Le transfert des gaz en détente est assuré par la pression des gaz et est dirigé et contrôlé grâce à des canalisations contrôlées par des soupapes situées à l'issue des chambres de combustion des cylindres. Selon le choix de la conception du moteur, le transfert des gaz peut se faire en un seul tenant ou bien être différé par un court séjour dans les canalisations qui servent alors de lieu de stockage temporaire. Les gaz issus de la fin de la phase de détente apportent de l'énergie thermique, de l'énergie cinétique et des quantités d'air permettant ainsi de porter les mélanges initialement présents dans le cylindre récepteur à des niveaux supérieurs de pression et de température. Cet apport améliorerait le rendement du cycle moteur. Les réglages de l'opération du transfert des gaz entre différents cylindres seront calculés de manière à optimiser le gain en rendement de la prochaine combustion en considérant la perte de pression en fin de détente du premier cylindre.

Description

Description
Cette Invention concerne un nouveau moyen pour la récupération d'une partie de l'énergie normalement dissipée par les gaz issus de la combustion chez les moteurs à combustion interne de quatre temps. Cette récupération est basée sur un principe simple et est compatible avec les technologies existantes. Elle permettra d'améliorer le rendement énergétique du moteur et de réduire en fin de compte la consommation en carburant.
Dans les moteurs à combustion interne de quatre temps, la production d'énergie mécanique se passe en quatre temps définis par le mouvement du piston à l'intérieur des cylindres: 1) l'air est aspiré dans les cylindres, 2) il est comprimé à un rapport de compression volumétrique donné, le carburant est aussi injecté durant cette phase sous différentes modalités,3) le mélange comprimé (et chauffé) est alors mis à feu ou s'auto - enflamme, il subit alors une forte détente et fournit de ce fait la force mécanique du moteur, 4) les gaz chauds résultant de la combustion ou de l'explosion sont évacués vers le milieu extérieur (échappement).
Deux facteurs sont importants dans le contexte de cette invention : 1) les gaz issus de la combustion sont porteurs de grandes quantités d'énergie thermique et cinétique. Cette énergie est dissipée dans le milieu extérieur et, 2) les niveaux de compression et les températures résultantes des gaz comprimés affectent le rendement de la détente. Il serait judicieux de pouvoir récupérer les pertes par les gaz d'échappement (facteur 1 , ci-dessus) et de les utiliser pour améliorer le rendement de la combustion (facteur 2, ci-dessus).
La récupération d'une partie de l'énergie emportée par les gaz d'échappement et son utilisation dans le cycle moteur a été un grand souci des inventeurs depuis quelques décennies. Plusieurs moyens pour la récupération et l'utilisation de cette énergie ont été recherchés et / ou utilisés. Ceux ci sont :
1) L'installation d'un turbo compresseur qui utilise l'énergie des gaz issus de la combustion pour comprimer les gaz d'admission permettant ainsi d'améliorer le rendement énergétique du moteur et apporter plusieurs autres améliorations.
2) L'installation d'une turbine entraînée par l'énergie des gaz d'échappement et qui transmet sa force de rotation à la sortie de force du moteur (vilebrequin).
3) L'installation d'échangeurs thermiques, de cylindres et pistons additionnels liés par bielles au vilebrequin pour exploiter l'énergie thermique des gaz d'échappement par le biais d'expansion des gaz frais, ou l'expansion étendue des mêmes gaz d'échappement (moteurs à combustion interne ayant plus de quatre temps). Les applications découlant des inventions mentionnées ci dessus ont tous été utilisées parfois avec grand succès et à grande échelle (Turbo - compresseur). Cependant des limites pour ces applications existent et empêchent de récupérer une plus grande partie de l'énergie perdue par le biais des gaz de l'échappement. Ces limitations sont :
1) Pour l'utilisation du turbo compresseur, la pression en retour générée par la force centrifuge de la turbine est un handicap. La turbo compression ne peut pas être exploitée en dehors d'un certain intervalle.
2) La deuxième solution ou une turbine est directement couplée au vilebrequin, est limitée par des problèmes liés à l'optimisation de l'efficience de la conversion énergétique par la turbine dans toute la plage des régimes. La connexion de la turbine avéc le moteur lui même nécessite des démultiplicateurs compliqués.
3) L'installation d'échangeurs thermiques et de cylindres et pistons additionnel liés par bielles au vilebrequin pour exploiter l'énergie thermique des gaz d'échappement est plus efficace mais nécessite l'addition de plusieurs pièces volumineuses qui feront augmenter excessivement le poids du moteur et du véhicule. Similairement, l'utilisation des moteurs avec plus de quatre temps soufre des mêmes limitations.
La présente invention vise à récupérer une partie de l'énergie des gaz issus de la combustion et à l'utiliser pour contribuer à améliorer le rendement du moteur thermique en prenant une approche différente. Cette approche consiste à installer un ensemble d'additions permettant de prélever une quantité de gaz issu de la combustion depuis le cylindre en phase de détente et de les introduire dans le cylindre en phase de compression. Le transfert des gaz débutera lorsque le piston sous détente sera environ à moitié chemin environ de sa course descendante ; Le transfert finira lorsque le piston sera dans une position située quelque part avant le point mort bas (PMB). Les gaz transférés seront introduits dans un cylindre en phase de compression à des calages qui varieront selon la conception choisie. Le transfert des gaz en détente est assuré par la pression du gaz lui même et est contrôlé par une canalisation équipée de soupapes situées à l'issue des chambres de combustion du cylindre source et du cylindre cible. La pression des gaz à l'intérieur des cylindres, même en fin de détente, est assez importante et devrait permettre de pousser les gaz transférés dans là chambre en compression. Les gaz issus de la fin de la phase de détente apportent de l'énergie thermique, de l'énergie cinétique et une quantité d'air permettant ainsi de porter les mélanges initialement présents dans le cylindre récepteur à des niveaux supérieurs de pression et de température et ce, sans dépensé additionnelles en énergie pour augmenter la compression. Ce transfert améliorera l'efficience de là combustion et du cycle moteur. En plus, et comme le transfert ne concerne qu'une partie des gaz issus de la combustion, le reste des gaz continuera, (à l'intérieur du cylindre source) à fournir l'énergie pour le temps moteur, et sera évacué par le circuit d'échappement normal en passant éventuellement par un turbo compresseur. Les modalités du prélèvement de cette quantité des gaz en détente devront être calculés de manière à balancer entre optimiser le gain en rendement de la prochaine explosion et minimiser la perte de pression en fin de détente du premier cylindre. Selon les choix pris durant la conception du moteur (nombre de cylindres, régimes prévus etc. ), le transfert des gaz peut se faire en un seul tenant ou bien avec un court séjour dans les canalisations qui servent alors de lieu de stockage temporaire. Ce transfert ne sera activé que dans une certaine plage de régimes et ou de puissances. Les avantages ciblés par la présente invention sont:
1. Possibilité d'améliorer le rendement de la combustion et de la phase motrice du cycle sans passer par une dépense supplémentaire en travail moteur.
2. compatibilité et complémentarité avec les autres technologies ayant le même but. Cette technologie n'est mutuellement exclusive avec aucune des autres technologies connues.
3. Pas d'ajout de pièces volumineuses. Le volume et le poids initiaux du moteur sont conservés. La présentation et la description de l'invention se feront ci dessous pour le cas particulier d'un moteur ayant quatre cylindres. Cependant les principes énoncés dans cette description devront être étendus vers d'autres moteurs ayant différentes configurations. L'invention est ainsi décrite en détail dans la partie qui suit en considération des dessins annexes (figures 1 à 5), à titre d'illustrations non limitatives et sur lesquelles :
La figure 1 représente une vue schématique (en coupe et de face) des dispositions proposées pour les parties principales de moteur. La coupe est située au niveau de la conduite sortant de la chambre de combustion et de sa soupape, qui permet de contrôler le passage des gaz.
La figure 2 représente une autre vue schématique (en coupe et de facé) des mêmes dispositions proposées pour les parties principales du moteur. La coupe est située au niveau de la chambre de combustion auxiliaire et de sa soupape (définis plus bas).
La figure 3 représente une vue schématique d'en haut de la disposition de parties ou pièces additionnelles sur un seul cylindre du moteur, telles que proposées dans cette invention.
La figure 4 représente une projection schématique (d'en haut) de la disposition de parties ou pièces additionnelles sur les quatre cylindre du moteur, telles que proposées dans cette invention pour les moteurs avec transfert direct des gaz (définis plus bas). Le schéma montre la projection des autres pièces importantes du moteur pour situer les premières.
La figure 5 représente une vue schématique (d'en haut) de la disposition de parties ou pièces additionnelles sur les quatre cylindre du moteur, telles que proposées dans cette invention pour un moteur avec transfert différé des gaz (définis plus bas). Le schéma montre aussi la projection des autres pièces importantes du moteur. Selon cette invention, qui reçoit ce système opère sur quatre temps: admission, compression, détente et échappement. Cependant, il fonctionne selon deux régimes possibles : ralenti ou normal et, régime de puissance (ou avec transfert de gaz). Pendant le mode régime de puissance, des périodes de transfert de gaz (pour chaque demi-tour du vilebrequin) depuis les cylindres en fin de détente vers les cylindres en période de compression sont pratiqués. Ainsi les phases de détente et de compression sont différentes de ceux connues dans un moteur normal. Le transfert des gaz peut se faire selon deux modes : direct et différé (définis plus bas). Le dit moteur contient toutes les parties connues dans l'état de l'art des moteurs à combustion interne de quatre temps : un vilebrequin (9) des bielles (8) des pistons (7) des cyliridres (13), dès chambres de combustion (3) des conduites et les soupapes d'échappement et d'admission (10) , un bloc carter cylindres (groupe) (6) et une culasse (2). Les soupapes d'échappement et d'admissions sont actionnées à dès timings précis par les arbres à cames (1), et par les poussoirs (10), (ou par des mécanismes électromagnétiques) à calage angulaire variable ou fixe. Toutes les autres dispositions de support ou de maintien connues dans les moteurs généralement utilisés sont présentes de la manière appropriée.
Le système est surtout caractérisé par la présence de conduites (18) émanant de chaque chambre de combustion vers une canalisation commune (17) qui assure une continuité fluide contrôlée entre les chambres de combustion du moteur (2 par 2, ou ensemble selon le cas). Des soupapes (16) contrôlent les issues entre les chambres de combustion et les dites conduites (19). L'action de ces soupapes permet de faire circulèr les gaz dans toutes les directions et entre tous les points de départs et les destinations nécessaires i.e. entre toutes les combinaisons de paires de cylindres.
Ce système comporte également optionriellement des chambres de combustion auxiliaires , (au moins une par cylindre) (4) qui peuvent être placées ou bien dans le groupe moteur ou bien dans la culasse du moteur (non montrée dans les illustrations), à proximité des chambres de combustion conventionnelles. Chacune des chambres de combustions auxiliaires communique avec la chambre de combustion conventionnelle correspondante par un passage contrôlé par une soupape (4, 19, 5). Ces chambres serviront à fournier un volume adéquat pour la compression volumétrique pendant le régime avec transfert des gaz.
Les soupapes de la chambre de combustion auxiliaire (5,) et du conduit reliant les chambres conventionnelles (16) des différents cylindres sont actionnées par un arbre à cames à calage fixe ou variable (1) afin d'être ouvertes et fermée à des moments précis pendant les différentes phases du cycle moteur. Le dit arbre à cames est en prise de demi-vitesse avec le vilebrequin. Des dispositions pour désengager les soupapes des chambre auxiliaires ou des conduites de transfert (5, 16) lors des démarrages et lors des régimes de ralenti peuvent être inclues par différents mécanismes présents dans l'état de l'art. D'autres moyens pour lever la soupape de la chambre auxiliaire et la soupape de la canalisation inter-chambres (électromagnétique) peuvent être employés en lieu et place des arbres à cames sous provision qu'ils accomplissant les mêmes fonctions de la même manière qui est décrite ce dessous.
La partie suivante est une présentation du fonctionnement collectif des pièces décrites ci dessus. Un moteur à quatre cylindres est toujours pris comme exemple support ; Cependant, les principes qui en découlent devront être étendus aux autres configurations possibles i.e. avec différents nombres de cylindres.
Dans un moteur à quatre temps, La détente des gaz (explosion ou combustion) commence lorsque le piston est au voisinage du point mort haut (PMH), La grande pression fournie par les gaz en détente fournit la force motrice. L'ouverture de la soupape d'échappement commence approximativement vers les deux tiers de la course du piston vers le bas. L'échappement continue lorsque le piston passe par la position point mort bas (PMB) et jusqu'au PMH suivant. Lorsque le moteur est en régime à faible puissance (ralenti), l'échappement des gaz se fait avec une faible puissance et l'énergie dissipée est faible. Lorsque le moteur est sous charge et / ou opère en régime de forte puissance, l'énergie (masse des gaz, température et pression) transportée par les gaz d'échappement vers le milieu extérieur est très importante et risque de ne pas être entièrement récupérée par un éventuel turbocompresseur. Une partie supplémentaire de cette énergie peut être récupérée par le transfert de ces gaz vers le prochain cylindre en phase de compression.
L'objectif de cette invention et son approche est donc d'utiliser la puissance contenue dans ces gaz à un moment antérieur à leur évacuation par l'ouverture de la soupape d'échappement. Cette énergie est utilisée pour apporter un supplément d'énergie thermique et un supplément de masse d'air pour augmenter la compression et la température de la prochaine compression et combustion d'un autre cylindre. Le cylindre récepteur concerné est celui dont le numéro d'ordre suit sur l'ordre de mise à feu ou celui qui le suit (le cas échéant est celui ou il y a transfert de gaz avec séjour dans le conduite inter-cylindres). Ces augmentations de pression et dé température pendant la compression amélioreront l'efficience de la phase motrice (explosion, combustion) suivante du cylindre récepteur.
Selon cette invention, le fonctionnement du moteur comprend deux modes : mode sans transfert de gaz (pratiqués en régime de ralenti ou faible puissance) et mode avec transfert de gaz (grande puissance).
Dans le mode sans transfert -ou ralenti-, le fonctionnement du moteur est similaire à celui des moteurs connus dans l'état de l'art. Les chambres de Combustion auxiliaires sont continuellement fermées. Les conduites inter-cylindres sont aussi continuellement fermées (Tableau 1).
Dans le mode forte puissance, le transfert des gaz est activé (Tableau 2). Des changements sont opérés sur le fonctionnement: 1) Les soupapes des chambres de combustion auxiliaires sont ouvertes pendant les phases de compression et les phases de détente. Elles sont fermées pendant les échappements et les admissions. Ces soupapes peuvent optionnellement rester ouvertes pendant tout le temps (si le choix est) mais cette fermeture est conseillée pour refroidir les soupapes par le contact avec leur sièges et aussi pour garder les zones de contact des soupapes avec leur sièges dans un bon état de propreté. En ouvrant la soupape de la chambre de combustion auxiliaire, le volume minimal réservé à la compression finale est augmenté : il sera composé de la somme des volumes des deux chambres : conventionnelle et auxiliaire. Cette augmentation est destinée à accommoder les plus grandes masses d'air qui sont introduites et est la raison principale de l'addition de là chambre de combustion auxiliaire.
2) Chez le cylindre qui est en phase de détente, la soupape qui obture la canalisation qui mène au canal inter-cylindre est ouverte à un calage (timing) qui peut varier de la moitié aux deux tiers de la course descendante du piston. Cette soupape sera fermée quelque part avant le PMB du piston. La pression qui règne encore dans le cylindre permet de continuer le temps moteur. Après la fermeture de la soupape de transfert des gaz, la soupape d'échappement est ouverte pour faire évacuer le restant des gaz produits par la combustion par la voie normale en passant éventuellement par le turbocompresseur.
3) Du coté du cylindre en phase de compression, la soupape de la canalisation qui mène à la chambre de combustion est ouverte pour permettre d'injecter les gaz sous pression dans le mélange en cours de compression. Cette ouverture est effectuée avec un retard variable par rapport à l'ouverture de la soupape de départ du transfert (retard à déterminer selon les caractéristiques de la construction). Cette soupape sera fermée avant la position PMH du piston, suffisamment tôt pour permettre une compression supplémentaire et l'allumage des mélanges. Les calages de toutes les ouvertures et fermetures des soupapes impliquées dans le transfert des gaz sera dépendant des caractéristiques de la construction, du mode de transfert, direct ou différé (défini ci dessous) et du nombre de cylindres par moteur.
Le transfert des gaz peut aussi être opéré selon deux modalités :
1) passage direct des gaz entre les chambres des différents cylindres Dans ce mode le cylindre numéro 1 transfert vers le cylindre numéro 3, ce dernier transfère vers le cylindre numéro 4 et ce dernier transfère vers le cylindre numéro 2. (Tableau 2, figure 4).
2) passage des gaz avec période de repos / stockage dans la conduite reliant les différents cylindres, celle ci fera office de lieu de stockage temporaire durant un demi tour du vilebrequin. Dans ce mode, le cylindre numéro 1 transfère vers le cylindre numéro 4, ce dernier transfère en retour vers le premier; Le cylindre numéro 2 transfère vers le cylindre 3 et ce dernier transfère en retour vers le cylindre 2. (Tableau 3 et figure 5),
Des caractéristiques techniques spécifiques sont associées à chacun des deux modes de transfert des gaz décrits en haut : la carte de liaison (cylindres desservis) et le fonctionnement des conduites entre cylindres aussi bien que le calage des fonctionnements de leurs soupapes doivent être prévues en concordance. Le nombre de cylindres par moteur et la disposition des manivelles du vilebrequin sont à relier au choix du mode de transfert des gaz (direct ou différé) et le tous a des implications sur les réglages des soupapes des conduites inter cylindres.
La construction des moteurs des deux types présentera aussi une différence majeure : chez les moteurs à transfert direct il y aura une seule conduite commune qui relie les quatre cylindres (figure 4), alors que chez le moteur avec transfert différé, il y aura deux conduites séparées. Une de ces conduites reliera les cylindres 1 et 4 et l'autre reliera les cylindres 2 et 3 (Figure 5). Les tableaux 2 et 3 présentent l'agencement des quatre temps de la combustion interne et les périodes de transfert des gaz, respectivement chez les moteurs à transfert direct et chez ceux avec transfert différé.
Tableau 1 : Agencement des temps de la comoustion interne durant le régime de faible puissance (cas d'un moteur à quatre cylindres, égal à l'état de l'art actuel)
Figure imgf000010_0002
Tableau 2: Agencement des temps de la combustion interne en régime avec transfert direct des gaz (cas d'un moteur à quatre cylindres)
Figure imgf000010_0003
Tableau 3: Agencement des temps de la combustion interne en régime avec transfert différé des gaz cas d'un moteur à quatre cylindres)
Figure imgf000010_0001
Légende pour les tableaux 1 , 2 et 3:
Position : coordonnée angulaire de la manivelle vilebrequin en degrés (360° / tour)
Cylindre : Numéro de position du cylindre dans un moteur à quatre cylindres.
Temps n+1 a n+4 : différents temps du cycle moteur.
Adm. : Admission
Comp : Compression
Détente : combustion / explosion.
Ech : Echappement
T- : transfert sortant des gaz vers l'autre cylindre en compression.
T+ : transfert entrant des gaz depuis l'autre cylindre en expansion.
> Sens du transfert, départ et arrivée. Plusieurs facteurs doivent être considères pour la mise en application de cette invention :
1) Les volumes respectifs de la chambre de combustion conventionnelle, et celui de la chambre de combustion auxiliaire. Le premier doit être calculé de façon à fournir un volume qui permettra d'obtenir un rapport de compression volumétrique adapté aux bas régimes (faible quantité d'air admis, turbo-compression de l'air admis faible ou nulle, faible température). Ce volume sera donc inférieur au volume de la chambre de combustion dans un moteur normal. Le volume de la chambre de combustion auxiliaire sera calculé de telle manière que lors du régime à grande puissance le volume total des deux chambres de combustion permettra d'obtenir un rapport de compression volumétrique compatible avec les nouvelles donnes (plus d'air admis, plus de température, en plus de l'air injecté lofs du transfert des gaz). La chambre de combustion auxiliaire est ainsi prévue comme moyen de variation du rapport de compression volumétrique. Le concepteur du moteur peut choisir de ne pas inclure une chambre de combustion auxiliaire spécialement si un système de variabilité du rapport de compression volumétrique est prévu, ou s'il le fait dans un soucis de simplicité; Dans ce cas le volume de la chambre de combustion conventionnelle devrait être calculé pour accommoder les variables de la phase de compression durant les deux modes de fonctionnement : avec, et sans transfert.
2) Les canalisations adéquates reliant entre les différents cylindres (fig !4 et 5), leur points de connexion est fonction des choix mentionnés ci dessus (nombre de cylindres, régime prévu, mode de transfert direct ou différé etc.. );
3) Pour optimiser le transfert des gaz et le gain en rendement du moteur, les calages adéquats (variables ou fixes) de l'ouverture et de la fermeture des soupapes devraient être déterminés en fonction des choix mentionnés ci dessus. Le mode de transfert différé devrait être offrir plus de flexibilité pour les contraintes de la concordance entre les calages des soupapes lors de la sortie ou de la rentré des gaz transférés chez les moteurs ayant différents nombres de cylindres.
4) Pour le désengagement du mode transfert des gaz pour les démarrages et les régimes bas, il peut être prévu, -comme exemple non limitatif-, que le désengagement des soupapes des canalisations de transfert et des chambres de combustion auxiliaires se fasse au niveau du transfert de l'action de l'arbre à cames vers les soupapes par le biais d'un culbuteur à axe mobile. La mobilité de cet axe peut être assurée par un moyen hydraulique ou électromagnétique. Légende pour Schémas et Dessins
1) Arbre à cames
2) Culasse du moteur
3) Chambre de combustion conventionnelle
4) Soupape de chambre de combustion auxiliaire
5) Chambre de combustion auxiliaire
6) Groupe carter Moteur
7) Piston
8) Bielle
9) Vilebrequin
10) Poussoir de soupape
11) Soupape d'échappement ou d'admission
12) Espace pour liquide réfrigérant
13) Paroi de cylindre
14) Volume intérieur du cylindre
15) Projections du groupe moteur et de la culasse
16) Soupape de la conduite pour transfert des gaz
17) Conduite commune inter cylindres
18) Conduite liant les soupapes de transfert et la conduite commune inter-cylindres
19) Conduites entre soupapes et la chambre de combustion conventionnelle

Claims

Revendications
Système pour la récupération et l'exploitation d'une partie de l'énergie perdue de par les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne de quatre temps caractérisé en ce que :
• Une quantité de gaz pressurisé est prélevée sur un cylindre dans sa dernière partie du temps de combustion / détente, et est conduite et introduite dans un cylindre voisin qui est en fin de phase de compression.
• Le transfert de ces gaz est assuré par leur propre pression supérieure et est géré grâce à des canalisations contrôlées par des soupapes (16) situées à l'entrée des chambres de combustion des cylindres (3).
System selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il puisse opérer sur deux modes optionnels : avec, et sans transfert de gaz entre les différent cylindres. Le mode sans transfert est un cycle normal tel ceux pratiqués dans l'état de l'art. Dans le mode avec transfert, des périodes de transfert de gaz (lors de chaque demi tour du vilebrequin) depuis un cylindre en fin de détente vers un cylindre en période de compression sont pratiqués, système selon là revendication 1 et 2 caractérisé en ce que le transfert des gaz peut se faire selon deux options 1) transfert direct et 2) transfert différé ou l'arrivée des gaz dans le cylindre cible est différée par un stockage pendant un lapse de temps (demi tour du vilebrequin ou moins). Le choix est effectué selon le nombre de cylindres du moteur.
Un ensemble de canalisations (3, 16) reliant entre les chambre de combustions des différents cylindre du moteur, caractérisées en ce que
• La continuité fluide entre celles-ci et les cylindres est contrôlées par des soupapes qui gèrent le déplacement des gaz entre les différentes combinaisons de paires de cylindres (comme exemple non limitatif : 1 - 3 ; 3 - 4 ; 4 - 2 ; 2 - 1 , pour un moteur avec 4 cylindres et à transfert direct, et 1 - 4 ; 4 - 1 ; 2 - 3 ; 3 - 2 ; pour un moteur avec 4 cylindres et à transfert différé).
• Les soupapes seront ouvertes avec le timing adéquat et durant le lapse de temps nécessaire durant (1) la deuxième moitié de la phase de détente du cylindre débiteur pour laisser sortir les gaz à transférer et (2) durant la phase de compression du cylindre cible pour laisser entrer lés gaz transférés. Une soupape de non retour peut être ajoutée au circuit. • Les calages, variables ou fixes, des opérations des soupapes sont déterminés selon le type de conception et selon le fonctionnement. Ces soupapes seront fermées durant le mode normal ou sans transfert.
5. Système selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'une chambre de combustion auxiliaire (5) peut optionnellement être ajoutée à chaque cylindre pour adapter les rapports de compression volumétrique du moteur selon le mode de fonctionnement du dernier (avec ou sans transfert de gaz) ; Elle est situées prés de la chambre de combustion conventionnelle avec laquelle elle communique par une conduite contrôlée par une soupape (4). La dite soupape sera fermée durant le mode sans transfert de gaz (mode normal) et ouvertes durant les phases de compression et de détente dans le mode avec transfert des gaz. Le volume de la chambre auxiliaire est calculé pour offrir, ensemble avec la chambre de combustion conventionnelle, le volume nécessaire au rapport de compression volumétrique adéquat lors du mode avec transfert des gaz. Cette chambre et sa soupape peuvent être omises, notamment si le moteur est équipé par un quelconque autre moyen de variation du taux de compression volumétrique ou, par choix de simplicité. Dans ce dernier cas, le volume de la chambre de combustion conventionnelle devrait être calculé en conséquence.
6. Un ensemble 'd'options de fonctionnement et de gestions pour l'optimisation des fonctionnalités décrites dans ce brevet, selon les revendications 1 , à 5, caractérisé en ce qu'ils sont conçus et réglés pour ouvrir ou fermer les soupapes pour optimiser les transferts des gaz selon chaque type de conception du moteur et chaque type du fonctionnement du moteur. La levée des soupapes peut être désengagée lors des conditions particulières.
PCT/MA2010/000011 2009-09-17 2010-05-25 Moteur à combustion interne de quatre temps avec récupération partielle de l'énergie des gaz issus de la combustion par leur transfert vers la phase de compression suivante WO2011034410A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
MA32225 2009-09-17
MA32225A MA32263B1 (fr) 2009-09-17 2009-09-17 Moteur a combustion interne de quatre temps avec recuperation partielle de l'energie des gaz issus de la combustion par leur transfert vers la phase de compression suivante

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011034410A1 true WO2011034410A1 (fr) 2011-03-24

Family

ID=43222008

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/MA2010/000011 WO2011034410A1 (fr) 2009-09-17 2010-05-25 Moteur à combustion interne de quatre temps avec récupération partielle de l'énergie des gaz issus de la combustion par leur transfert vers la phase de compression suivante

Country Status (2)

Country Link
MA (1) MA32263B1 (fr)
WO (1) WO2011034410A1 (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107476886A (zh) * 2017-09-30 2017-12-15 中国第汽车股份有限公司 一种汽油机压缩比连续可变气缸及其工作方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994028300A1 (fr) * 1993-06-02 1994-12-08 Orbital Engine Company (Australia) Pty. Limited Moteur a combustion interne multicylindre a remise en circulation des gaz d'echappement
US5445123A (en) * 1991-08-27 1995-08-29 Mazda Motor Corporation Reciprocating engine of a spark ignition type
US5878714A (en) * 1997-09-10 1999-03-09 Ford Global Technologies, Inc. Turbulence generation with intra-cycle cooling for spark ignition engines
EP1406002A1 (fr) * 2002-10-04 2004-04-07 Mazda Motor Corporation Régulateur pour moteur à allumage commandé
EP1930570A1 (fr) * 2006-12-06 2008-06-11 Ford Global Technologies, LLC Moteur à combustion interne, procédé de fonctionnement de ce moteur et procédé de production

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5445123A (en) * 1991-08-27 1995-08-29 Mazda Motor Corporation Reciprocating engine of a spark ignition type
WO1994028300A1 (fr) * 1993-06-02 1994-12-08 Orbital Engine Company (Australia) Pty. Limited Moteur a combustion interne multicylindre a remise en circulation des gaz d'echappement
US5878714A (en) * 1997-09-10 1999-03-09 Ford Global Technologies, Inc. Turbulence generation with intra-cycle cooling for spark ignition engines
EP1406002A1 (fr) * 2002-10-04 2004-04-07 Mazda Motor Corporation Régulateur pour moteur à allumage commandé
EP1930570A1 (fr) * 2006-12-06 2008-06-11 Ford Global Technologies, LLC Moteur à combustion interne, procédé de fonctionnement de ce moteur et procédé de production

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107476886A (zh) * 2017-09-30 2017-12-15 中国第汽车股份有限公司 一种汽油机压缩比连续可变气缸及其工作方法
CN107476886B (zh) * 2017-09-30 2020-11-20 中国第一汽车股份有限公司 一种汽油机压缩比连续可变气缸及其工作方法

Also Published As

Publication number Publication date
MA32263B1 (fr) 2011-05-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1201892B1 (fr) Moteur à combustion interne à cinq temps
CA2695696C (fr) Moteur thermique a source chaude externe
US9476364B2 (en) Internal combustion engine having a plurality of exhaust ports per cylinder and charge exchange method for such an internal combustion engine
FR2893676A1 (fr) Procede pour controler l'admission et/ou l'echappement d'au moins un cylindre desactive d'un moteur a combustion interne
FR2865769A1 (fr) Procede de fonctionnement d'un moteur hybride pneumatique-thermique a suralimentation par turbocompresseur
JP2009507178A (ja) 可変圧縮可能な２サイクルエンジン
JP2013505396A (ja) スプリットサイクルエンジン
EP2414652B1 (fr) Moteur a combustion interne suralimente
WO2004074645A1 (fr) Moteur diesel a 4 temps suralimentes par turbocompresseur avec variation de calage des cames
FR2922162A1 (fr) Systeme de motorisation hybride pneumatique-thermique de vehicule routier
EP1341993B1 (fr) Dispositif de distribution variable pour moteurs alternatifs, moteurs le comportant et procede de distribution et de turbocompression
WO2011034410A1 (fr) Moteur à combustion interne de quatre temps avec récupération partielle de l'énergie des gaz issus de la combustion par leur transfert vers la phase de compression suivante
FR3064676A1 (fr) Moteur a combustion interne a injection d’air en phase de compression
US10247091B2 (en) Method of gas distribution of internal combustion engine
FR2957631A1 (fr) Element de moteur a combustion interne a detente prolongee et moteur a combustion interne comprenant un ou plusieurs de ces elements
WO2012085450A1 (fr) Procede de commande d'au moins une soupape d'admission d'un moteur thermique fonctionnant selon un cycle a quatre temps
EP0218505B1 (fr) Installation de production d'énergie à plusieurs cylindres moteurs à cycle diesel suralimentés par compresseurs alternatifs
FR2841294A1 (fr) Procede de controle d'un moteur suralimente a injection indirecte et moteur utilisant un tel procede
FR3012176A1 (fr) Moteur a combustion a systeme dedie de reintroduction ou recirculation de gaz d'echappement
EP3256706A1 (fr) Ensemble moteur turbocompresse a deux conduits d'echappement avec vanne de regulation rapide
EP1398482A1 (fr) Moteur suralimenté ayant un couple optimisé à bas régime
WO2022144606A1 (fr) Cylindre de distribution
EP2674601A1 (fr) Procédé de balayage des gaz brûlés résiduels par double levée de soupapes pour un moteur à deux temps, notamment de type Diesel.
EP2436876A1 (fr) Procédé de fonctionnement d'un moteur hybride thermique-pneumatique et moteur adapté
FR2969712A1 (fr) Moteur thermique

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10752942

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10752942

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1