WO2023060336A1 - Cycle à base d'air comprimé par compresseur auxiliaire pour les moteurs à combustion interne - Google Patents

Cycle à base d'air comprimé par compresseur auxiliaire pour les moteurs à combustion interne Download PDF

Info

Publication number
WO2023060336A1
WO2023060336A1 PCT/CA2021/051455 CA2021051455W WO2023060336A1 WO 2023060336 A1 WO2023060336 A1 WO 2023060336A1 CA 2021051455 W CA2021051455 W CA 2021051455W WO 2023060336 A1 WO2023060336 A1 WO 2023060336A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
compressed air
internal combustion
combustion engine
gases
cycle
Prior art date
Application number
PCT/CA2021/051455
Other languages
English (en)
Inventor
Abdelhakim LIMANE
Mustapha LIMANE
Original Assignee
Limane Abdelhakim
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 Limane Abdelhakim filed Critical Limane Abdelhakim
Priority to PCT/CA2021/051455 priority Critical patent/WO2023060336A1/fr
Priority to CA3218839A priority patent/CA3218839A1/fr
Publication of WO2023060336A1 publication Critical patent/WO2023060336A1/fr

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D21/00—Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas
    • F02D21/06—Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas peculiar to engines having other non-fuel gas added to combustion air
    • F02D21/10—Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas peculiar to engines having other non-fuel gas added to combustion air having secondary air added to the fuel-air mixture
    • 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
    • F02B21/00—Engines characterised by air-storage chambers
    • 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
    • F02M31/00—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture
    • F02M31/02—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating
    • F02M31/04—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating combustion-air or fuel-air mixture
    • F02M31/042—Combustion air
    • 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
    • F02M31/00—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture
    • F02M31/02—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating
    • F02M31/04—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating combustion-air or fuel-air mixture
    • F02M31/06—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating combustion-air or fuel-air mixture by hot gases, e.g. by mixing cold and hot air
    • F02M31/08—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating combustion-air or fuel-air mixture by hot gases, e.g. by mixing cold and hot air the gases being exhaust gases
    • F02M31/087—Heat-exchange arrangements between the air intake and exhaust gas passages, e.g. by means of contact between the passages
    • 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
    • F02M31/00—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture
    • F02M31/02—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating
    • F02M31/12—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating electrically
    • F02M31/13—Combustion air
    • 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
    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/10—Air intakes; Induction systems
    • F02M35/10006—Air intakes; Induction systems characterised by the position of elements of the air intake system in direction of the air intake flow, i.e. between ambient air inlet and supply to the combustion chamber
    • F02M35/10026—Plenum chambers
    • 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
    • F02M23/00—Apparatus for adding secondary air to fuel-air mixture
    • F02M2023/008—Apparatus for adding secondary air to fuel-air mixture by injecting compressed air directly into the combustion chamber
    • 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
    • F02M23/00—Apparatus for adding secondary air to fuel-air mixture
    • F02M23/14—Apparatus for adding secondary air to fuel-air mixture characterised by adding hot secondary air

Definitions

  • the present invention relates to a method which regulates, independently of the load, the pressure or the temperature, or the pressure and the temperature at the same time inside the cylinder at the moment when the combustion begins for all types of engine with internal combustion to improve energy efficiency and reduce polluting emissions.
  • the present invention is based on the following six elements:
  • This method is mainly based on the strong compression of the air by an auxiliary compressor (3), driven by the internal combustion engine. Therefore, once the air is sucked in (1) and filtered by the filter (2), its compression is done partly by the auxiliary compressor (3) and not by the piston (12) of the internal combustion engine. From there, the energy required to perform this compression will be minimized, since it can be performed in a well-cooled fashion.
  • This compressed air is accumulated in a tank (4) at relatively cold temperatures (ambient environment) which will be used for several operations such as combustion oxidizer, heat transfer fluid to recover part of the thermal energy of the exhaust gases before releasing them (11) and actuating pneumatic systems of the engine.
  • having a compressed air accumulator provides other benefits:
  • This method uses an internal combustion engine which operates in a two-stroke cycle where the downward stroke of the piston (12) is devoted to the expansion of the gases in the cylinder and therefore to the time during which the engine delivers the work and the stroke. ascending is devoted respectively to the exhaust, intake and compression operations in the cylinder.
  • the exhaust of only part of the burnt gases begins when the piston (12) is around bottom dead center through the exhaust valve (8) or through a light at the bottom of the engine block (9) with a duration where the crankshaft travels a relatively small angle, especially for a diesel-type engine. Consequently, part of the hot burnt gases from the previous cycle remains taken up in the cylinder to be used in the current cycle. Furthermore, as soon as compressed air is available, the return of the exhaust valve (8) can be done without a spring and therefore the opening and closing can be carried out at extremely rapid rates. compared to the normal engine.
  • micro-valves (5, 6, 14) With the availability of compressed air, these micro-valves (5, 6, 14) can be easily controlled and controlled individually by the computer. These micro-valves (5, 6, 14) are likened to oxidizer injectors in the cylinder.
  • valves which are activated as soon as the engine is stopped.
  • the intake micro-valves are there to ensure a pressure drop in the flow as well, to limit leaks as much as possible when they are closed.
  • the air intake takes place in parallel with the exhaust or compression operations.
  • micro-valves 5, 6
  • the computer predetermines the opening time of each micro-valve, in order to adjust the predefined quantities to be admitted according to the load requested, as well as the temperatures of:
  • the engine Due to the configuration of the two-stroke cycle engine (intake in the form of oxidizer injection into the cylinder), in addition to gains in terms of weight and friction losses, the engine will be able to operate with an Atkinson cycle without the effect of pumping or suction, since the quantities of air and fuel admitted are totally under control. This will greatly improve the fuel efficiency of the engine.
  • this process ensures that the setpoint temperature is reached which guarantees self-ignition while respecting proportions (fuel/oxidant) close to stoichiometry, whatever the load.
  • This is done thanks to the hot burnt gases which have not escaped and to the air which is admitted in a predefined quantity serving as oxidant and which is heated by passing it through a heat exchanger (10) beforehand, or by a electric heater (7) when there is not enough heat to recover as in the case of cold start.
  • the heating that should come from the compression will be minimized and compensated by the heat recovered from the exhaust gases and that of the hot burnt gases kept in the cylinder from the previous cycle.
  • This process provides stabilization of the auto-ignition conditions at the time of fuel injection (13) while respecting the proportions close to stoichiometry and this, whatever the load, thanks to the admission of the air which will be used of oxidizer in predefined quantities and which is done using two valves, one (5) introduces relatively cold air, and the other (6) introduces relatively hot air.
  • the computer adjusts the predefined quantities according to their respective temperatures as well as the temperature of the burnt gases which remain in the cylinder which is deduced from the quantity of fuel injected from the previous cycle.
  • the pressure at the time of ignition can be controlled.
  • the injection of fuel by the injector (13) is preferable that it be indirect, in order to have more time for the fuel to volatilize and evaporate and in this case, a second micro- relatively cold air valve (14) coming directly from the tank (4) into which the fuel is injected upstream.
  • the heater (7) is used to provide just the necessary heating to promote evaporation of the fuel. This heating is electrical when cold but can be caused by the engine oil or the coolant, once the engine has warmed up.
  • the air/fuel mixture which forms upstream of this micro-valve (14) must be rich so that the final mixture in the cylinder by adding all the quantities of air admitted by the micro-intake valves (5, 6 , 14) at the moment of ignition is close to stoichiometry.
  • the admission of the air/fuel mixture by the micro-valve (14) takes place once the temperature of the gases inside the cylinder is regulated by the admission of compressed air by the other micro-valves ( 5, 6) in order to avoid self-ignition of the mixture.
  • this method also makes it possible to optimize the efficiency of the engine, whether diesel or controlled ignition, by operating it by alternating between a cycle with combustion and a cycle as a pneumatic engine by admission by the micro-valve (6) of compressed air previously heated by the exchanger (10) to recover the thermal energy of the exhaust gases, during the downward stroke of the piston (12). This makes it possible both to convert the maximum possible thermal energy generated by combustion into mechanical work and to reduce the engine's cooling requirements.
  • the present invention improves the overall energy efficiency of the engine and limits the polluting emissions produced such as particles, carbon monoxide CO, carbon dioxide CO 2 and nitrogen oxides NO x , thanks to the following characteristics :

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

L'invention concerne un procédé qui permet de maitriser la pression et/ou la température dans le cylindre au moment où la combustion s'amorce pour tous les types de moteur à combustion interne, tout en respectant des proportions comburant/carburant proches de la stœchiométrie. Elle se base principalement sur la compression forte par un compresseur auxiliaire de l'air qu'on fait accumuler dans un réservoir. Le but est d'avoir deux sources d'air comprimé avec un écart de température important, dont une source relativement froide correspondant au milieu ambiant, et une autre relativement chaude, chauffée par l'énergie thermique récupérée des gaz d'échappement. L'admission d'air se fait avec des quantités prédéfinies des deux sources comme une injection de comburant dans le cylindre qui contient une partie des gaz brulés gardée du cycle précédent de combustion, avec une quantité aussi prédéfinie. Ceci est possible, grâce à la configuration du fonctionnement du moteur à un cycle deux temps.

Description

Cycle à base d'air comprimé par compresseur auxiliaire pour les moteurs à combustion interne.
La présente invention concerne un procédé qui régule, indépendamment de la charge, la pression ou la température, ou la pression et la température à la fois à l'intérieur du cylindre au moment où la combustion s'amorce pour tous les types de moteur à combustion interne afin d'améliorer l'efficacité énergétique et réduire les émissions polluantes.
Au cours de ces dernières années, de nombreuses innovations ont été réalisées afin d'améliorer l'efficacité énergétique et réduire les émissions polluantes des moteurs à combustion interne. Parmi celles-ci figurent: le Downsizing avec la suralimentation en air par un turbocompresseur, l'adoption de l'injection directe qui permet de refroidir l'air admis par laquelle on génère un mélange stratifié à faible charge et la recirculation des gaz brulés EGR (Exhaust Gas Recirculation) afin de contrôler le taux d'oxygène et augmenter le remplissage à faible charge. Cependant, ces solutions ne parviennent pas à remplir de façon satisfaisante les exigences des normes environnementales. Pour y répondre, les motoristes ont dû équiper les moteurs par des filtres à particules et des catalyseurs chimiques qui sont de plus en plus chers et grands et qui ont entre autres pour conséquences une perte de rendement et une augmentation du poids.
La présente invention s'appuie sur les six éléments suivants:
  1. Comprimer fortement l'air à l'aide d'un compresseur auxiliaire.
  2. Avoir un accumulateur d'air comprimé à une température relativement froide.
  3. Faire fonctionner le moteur à combustion interne avec un cycle deux temps.
  4. Garder dans le cylindre, une partie des gaz brulés chauds du cycle précédent pour l'exploiter dans le cycle en cours de combustion.
  5. Avoir des soupapes d'admission d'air comprimé qui servent de comburant, extrêmement petites et légères que le calculateur pilote individuellement. Ces soupapes d'admission sont assimilées à des injecteurs de comburant.
  6. Avoir un échangeur thermique qui récupère l'énergie thermique des gaz d'échappement en utilisant l'air comprimé comme fluide caloporteur.
Ce procédé se base principalement sur la compression forte de l'air par un compresseur auxiliaire (3), entrainé par le moteur à combustion interne. De ce fait, une fois l'air est aspiré (1) et filtré par le filtre (2) sa compression se fait en partie par le compresseur auxiliaire (3) et non pas par le piston (12) du moteur à combustion interne. À partir de là, l'énergie nécessaire pour effectuer cette compression sera minimisée, du fait qu'elle peut s'effectuer d'une façon bien refroidie. Cet air comprimé est accumulé dans un réservoir (4) à des températures relativement froides (milieu ambiant) lequel servira à plusieurs opérations tel que comburant à la combustion, fluide caloporteur pour récupérer une partie de l'énergie thermique des gaz d'échappement avant de les relâcher (11) et à actionner des systèmes pneumatiques du moteur. D'autre part, le fait de disposer d'un accumulateur d'air comprimé, procure d'autres avantages:
  • Récupérer l'énergie cinétique sous forme d'air comprimé en utilisant le compresseur auxiliaire comme frein.
  • Récupérer le travail du moteur lorsqu'il tourne à vide sans charge extérieure sous forme d'air comprimé.
  • Permettre au moteur à combustion interne de fonctionner comme un moteur pneumatique tout en récupérant l'énergie thermique des gaz brulés.
  • Dans le cas où le moteur est équipé d'un turbocompresseur, disparition du temps de réponse du turbocompresseur, puisqu'il n'interfère pas directement avec le moteur.
  • Moins de risque de faire bruler les vapeurs d'huile contenues dans les gaz de carter, puisque ces gaz passent d'abord par le compresseur auxiliaire (3).
  • Pouvoir obtenir à des brefs moments une puissance supplémentaire, en déconnectant le compresseur auxiliaire (3) du moteur.
  • Aider le moteur à combustion interne à fonctionner à son point de fonctionnement convoité, en se servant du compresseur auxiliaire comme une charge additionnelle variable pour le moteur à combustion interne.
Ce procédé emploie un moteur à combustion interne qui fonctionne en cycle deux temps où, la course descendante du piston (12) est consacrée à la détente des gaz dans le cylindre et par conséquent, au temps durant lequel le moteur délivre le travail et la course ascendante est consacrée respectivement aux opérations d'échappement, d'admission et de compression dans le cylindre.
L'échappement d'une partie seulement des gaz brulés débute lorsque le piston (12) est aux alentours du point mort bas par la soupape d'échappement (8) ou par une lumière au bas du bloc moteur (9) avec une durée où le vilebrequin parcourt un angle relativement petit surtout pour un moteur de type Diesel. Par conséquent, une partie des gaz brulés chauds du cycle précédent reste prise dans le cylindre pour l'exploiter dans le cycle en cours. Par ailleurs, du moment qu'on dispose de l'air comprimé, le rappel de la soupape d'échappement (8) peut se faire sans ressort et par conséquent, l'ouverture et la fermeture peuvent s'exécuter à des cadences extrêmement rapides par rapport au moteur normal.
L'admission de l'air qui sert de comburant s'effectue par des micro-soupapes (5, 6, 14) à très petite course de déplacement et de très petite taille et par conséquent de poids extrêmement réduits car elles font admettre de l'air extrêmement dense. D'autre part, avec la disponibilité de l'air comprimé, ces micro-soupapes (5, 6, 14) peuvent être facilement commandées et pilotées individuellement par le calculateur. Ces micro-soupapes (5, 6, 14) sont assimilées à des injecteurs de comburant dans le cylindre.
Aussi, afin de préserver la pression dans le réservoir (4), l'étanchéité est assurée par des clapets qui s'actionnent dès que le moteur est en arrêt. Alors que, les micro-soupapes d'admission sont là pour assurer une perte de charge de l'écoulement ainsi, limiter au maximum les fuites lorsque elles sont fermées.
L'admission de l'air s'effectue en parallèle avec les opérations d'échappement ou de compression.
  • Lorsqu'elle s'effectue en parallèle avec l'échappement, c'est pour réguler et ajuster la quantité des gaz brulés du cycle précédent de combustion à garder pour le cycle en cours.
  • Lorsqu'elle s'effectue en parallèle avec la compression, elle se manifeste comme une injection de comburant dans le cylindre avec une grande intensité turbulente.
Du moment que l'air admis dans le cylindre vient d'un endroit confiné qui est le réservoir (4) d'air comprimé, dont on peut disposer à la fois de la température et de la pression avec une grande précision, on pourra maitriser avec une grande précision aussi la quantité d'air admise dans le cylindre. D'autre part, le temps d'admission est extrêmement réduit ce qui correspondant à une durée où le vilebrequin parcourt un angle relativement très petit, du fait de la différence de pression entre l'amont et l'aval des micro-soupapes (5, 6, 14). De ce fait, cette admission se manifeste comme un jet dans le cylindre avec une intensité turbulente accrue et une section de mélange très importante, ce qui dynamise et homogénéise le mélange air/carburant lors de la combustion (augmentation de la recirculation des gaz à l'intérieur du cylindre). Par conséquent, l'apparition des particules et de carburant imbrulés après la combustion diminue.
Afin de pouvoir réguler la température ou/et la pression au moment où la combustion s'amorce, l'admission de l'air se fait à l'aide d'au moins deux micro-soupapes (5, 6):
  • L'une (5) fait introduire l'air relativement froid venant directement du réservoir (4).
  • L'autre (6) fait introduire l'air relativement chaud et ce, en le faisant passer par un échangeur thermique (10) qui récupère une partie de la chaleur des gaz d'échappement.
Le calculateur prédétermine le temps d'ouverture de chaque micro-soupape, afin d'ajuster les quantités prédéfinies à admettre suivant la charge demandée, ainsi que les températures de :
  1. L'air relativement froid venant directement du réservoir (4).
  2. L'air relativement chaud qui passe par un échangeur (10).
  3. Gaz brulés qui restent dans le cylindre, déduite à partir de la quantité de carburant injecté du cycle précédent ainsi que les données provenant des différents capteurs.
Une fois l'admission est terminée, le reste de la course ascendante du piston (12) est consacré uniquement à la compression de l'air ou du mélange air/carburant jusqu'à ce qu'il se retrouve essentiellement confiné dans la chambre de combustion.
En raison de la configuration du moteur à cycle deux temps (admission sous forme d'injection de comburant dans le cylindre), en plus des gains au niveaux du poids et des pertes par friction, le moteur pourra fonctionner avec un cycle Atkinson sans effet de pompage ou de succions, puisque les quantités d'air et de carburant admises sont totalement sous contrôle. Ce qui améliorera considérablement le rendement énergétique du moteur.
Dans le cas d'un moteur de type Diesel, ce procédé assure d'atteindre la température de consigne qui garantit l'auto-inflammation tout en respectant des proportions (carburant/comburant) proches de la stœchiométrie et ce, quelque soit la charge. Ceci se fait grâce aux gaz brulés chauds non échappés et à l'air qu'on fait admettre à une quantité prédéfinie servant de comburant et qu'on fait chauffer en le faisant passer par un échangeur thermique (10) au préalable, ou par un chauffage électrique (7) lors qu'il n'y a pas assez de chaleur à récupérer comme dans le cas du démarrage à froid. L'échauffement qui devrait venir de la compression sera minimisé et compensé par la chaleur récupérée des gaz d'échappement et celle des gaz chauds brulés gardés dans le cylindre du cycle précédent. Ce procédé procure la stabilisation des conditions d'auto-inflammation au moment de l'injection du carburant (13) tout en respectant les proportions proches de la stœchiométrie et ce, quelque soit la charge grâce à l'admission de l'air qui servira de comburant à quantités prédéfinies et qui se fait à l'aide de deux soupapes, l'une (5) fait introduire l'air relativement froid, et l'autre (6) fait introduire l'air relativement chaud. Le calculateur ajuste les quantités prédéfinies suivant leurs températures respectives ainsi que la température des gaz brulés qui restent dans le cylindre qui est déduite à partir de la quantité du carburant injecté du cycle précédent.
Dans le cas d'un moteur de type allumage commandé, ce procédé permet d'avoir une pression de consigne au moment de l'allumage par la bougie (15) tout en respectant des proportions (carburant/comburant) proches de la stœchiométrie quelque soit la charge. Plus la charge augmente, plus la pression de consigne diminue et ce pour éviter le cliquetis. Par conséquent, le moteur se comporte comme un moteur à taux de compression variable. Ceci se fait grâce:
  • À l'admission de l'air qui servira de comburant à des quantités prédéfinies et qui se fait à l'aide de deux soupapes, l'une (5) fait introduire l'air relativement froid, et l'autre (6) fait introduire l'air relativement chaud.
  • À l'ajustement des quantités des gaz brulés chauds non échappés dans le cylindre par l'admission de l'air comprimé dans le cylindre, au moment où la soupape d'échappement (8) est encore ouverte. Cet air comprimé va chasser les gaz chauds du cylindre suivant la quantité admise. Autrement dit, plus la charge est importante plus il faut évacuer les gaz chauds.
Du coup, suivant les températures et les quantités d'air comprimé et des gaz chauds restés dans le cylindre, la pression au moment de l'allumage peut être maitrisée. L'injection du carburant par l'injecteur (13) est préférable qu'elle soit indirecte, à fin d'avoir plus de temps pour que le carburant se volatilise et s'évapore et dans ce cas ci, on rajoute une deuxième micro-soupape (14) d'air relativement froid venant directement du réservoir (4) à laquelle on fait l'injection du carburant à son amont. Le chauffage (7) sert à apporter juste l'échauffement nécessaire pour favoriser l'évaporation du carburant. Cet échauffement est électrique à froid mais peut être apporté par l'huile moteur ou le liquide de refroidissement, une fois le moteur a monté en température. Le mélange air/carburant qui se forme en amont de cette micro-soupape (14) doit être riche pour que le mélange final dans le cylindre en additionnant toutes les quantités d'air admises par les micro-soupapes d'admission (5, 6, 14) au moment de l'allumage soit proche de la stœchiométrie. Cependant, l'admission du mélange air/carburant par la micro-soupape (14) se fait une fois que la température des gaz à l'intérieur du cylindre est régulée par l'admission d'air comprimé par les autres micro-soupapes (5, 6) afin d'éviter l'auto-inflammation du mélange.
Enfin, ce procédé permet également d'optimiser le rendement du moteur que ce soit Diesel ou allumage commandé, en le faisant fonctionner en alternant entre un cycle avec combustion et un cycle comme moteur pneumatique par admission par la micro-soupape (6) d'air comprimé préalablement chauffé par l'échangeur (10) pour récupérer l'énergie thermique des gaz d'échappement, lors de la course descendante du piston (12). Ce qui permet à la fois, de convertir le maximum possible d'énergie thermique générée par la combustion en travail mécanique et de réduire les besoins de refroidissement du moteur.
En résumé, la présente invention améliore l'efficacité énergétique globale du moteur et limite les émissions polluantes produites tels que les particules, le monoxyde de carbone CO, le dioxyde de carbone CO2 et les oxydes d'azote NOx, grâce aux caractéristiques suivantes:
  • Extraire un surplus d'énergie thermique de combustion pour le convertir en travail mécanique.
  • Générer les conditions de pression et de température plus optimales de combustion pour les moteurs à combustion interne de tout type, indépendamment de la charge.
  • Respecter les proportions proches de la stœchiométrie, quelle que soit la charge pour les moteurs à combustion interne de tout type.
  • Dynamiser la circulation des gaz à l'intérieur du cylindre avec l'augmentation de l'intensité turbulente.
  • Eliminer les pertes dues au pompage ou à la succions lors de l'admission à faible charge.
  • Economiser une partie du travail nécessaire à la compression.
  • Récupérer le travail du moteur lorsqu'il tourne à vide sans charge extérieure sous forme d'air comprimé.
  • Récupérer une partie de l'énergie thermique des gaz d'échappement.
  • Récupérer une partie de l'énergie cinétique lors du freinage.
  • Diminuer les pertes dues à la friction entre les pièces mécaniques (moteur à cycle deux temps).
  • Diminuer le poids global du moteur (moteur à cycle deux temps).
Les schémas illustrés sont théoriques simplifiés et dépourvus des organes comme les différents capteurs, silencieux et clapets.
La représente le circuit que l'air suit depuis son aspiration (1) jusqu' à son échappement (11) pour un moteur Diésel ou un moteur à allumage commandé avec une injection de carburant directe.
La représente le circuit que l'air suit depuis son aspiration (1) jusqu' à son échappement (11) pour un moteur à allumage commandé avec une injection de carburant indirecte en amont de la micro-soupape (14) .

Claims (12)

  1. Procédé qui régule, indépendamment de la charge, la pression ou la température, ou la pression et la température dans la chambre de combustion au moment où la combustion s'amorce pour tous les types de moteur à combustion interne en respectant des proportions carburant/comburant proches de la stœchiométrie, dit cycle à base d'air comprimé.
  2. Le dit cycle à base d'air comprimé selon la revendication 1, est caractérisé en ce qu'il utilise au moins un compresseur auxiliaire pour générer de l'air comprimé à une pression permettant d'admettre cet air comprimé dans le cylindre ou la chambre qui contient les gaz du moteur à combustion interne quand le piston est en phase de compression des gaz et la soupape ou la lumière d'échappement est fermée.
  3. Le dit cycle à base d'air comprimé selon la revendication 1, utilise un moteur à combustion interne à cycle deux temps. Le cycle complet de combustion (admission - compression - combustion et détente - échappement) s'effectue en deux courses du piston du moteur à combustion interne.
  4. Le dit cycle à base d'air comprimé selon la revendication 1, est caractérisé en ce que l'admission dans le cylindre ou la chambre qui contient les gaz du moteur à combustion interne de l'air comprimé, ou du mélange comprimé air/carburant se fait:
    • En parallèle avec les opérations d'échappement ou de compression, ou à la fois d'échappement et de compression pour le cycle de combustion.
    • Par des soupapes d'admission assimilées à des injecteurs d'air comprimé ou du mélange comprimé air/carburant dans les gaz contenus dans le cylindre ou la chambre.
  5. Le dit cycle à base d'air comprimé selon la revendication 1, est caractérisé en ce que l'échappement des gaz brulés est soutenu par l'une des deux actions suivantes, ou les deux à la fois:
    • Le rétrécissement de la chambre qui contient les gaz au moment où la soupape ou la lumière d'échappement est ouverte. (le déplacement du piston en direction du point mort haut)
    • L'admission de l'air comprimé ou du mélange comprimé air/carburant dans le cylindre ou la chambre qui contient les gaz du moteur à combustion interne au moment où la soupape ou la lumière d'échappement est ouverte.
  6. Le dit cycle à base d'air comprimé selon la revendication 1, est caractérisé en ce que lors de la phase d'échappement des gaz, la quantité des gaz à faire échapper est contrôlée et dosée, qui se fait par l'admission avec des quantités contrôlés et dosées de l'air comprimé ou du mélange comprimé air/carburant dans le cylindre ou la chambre qui contient les gaz du moteur à combustion interne au moment où la soupape ou la lumière d'échappement est ouverte.
  7. Le dit cycle à base d'air comprimé selon la revendication 1, est caractérisé en ce qu'il peut inclure:
    • Un réservoir pour l'accumulation de l'air comprimé par le ou les compresseurs auxiliaires alimentant le moteur à combustion interne par l'air comprimé que ce soit comme comburant à la combustion ou pour actionner le moteur à combustion interne comme moteur pneumatique ainsi que ses organes et accessoires pneumatiques.
    • Une soupape ou plus d'admission d'air comprimé pilotée par le calculateur, assimilée à un injecteur d'air comprimé ou du mélange comprimé air/carburant dans les gaz contenus dans le cylindre du moteur à combustion interne.
    • Un échangeur thermique ou plus refroidissant l'air comprimé après sa compression par le ou les compresseurs auxiliaires.
    • Un échangeur thermique ou plus chauffant l'air comprimé en récupérant l'énergie thermique produite par le moteur à combustion interne ou de ses accessoires, comme la chaleur des gaz d'échappement.
    • Un chauffage électrique ou plus chauffant l'air comprimé.
  8. Le dit cycle à base d'air comprimé selon la revendication 1, est caractérisé en ce que l'admission de l'air comprimé ou du mélange comprimé air/carburant, peut avoir au moins deux sources avec un écart de température:
    • Relativement froide dû au passage de l'air comprimé par au moins un échangeur thermique pour le refroidir ou venant directement du réservoirs d'air comprimé ou du compresseur auxiliaire.
    • Relativement chaude dû au passage de l'air comprimé par au moins un échangeur thermique récupérant l'énergie thermique du moteur à combustion interne ou de ces accessoires, ou par chauffage électrique, ou venant directement du compresseur auxiliaire.
  9. Le dit cycle à base d'air comprimé selon les revendications 1, est caractérisé en ce qu'il régule, suivant la charge demandée, la pression ou la température, ou à la fois la pression et la température dans la chambre de combustion au moment où la combustion s'amorce par l'ajustement (dosage) des quantités:
    • De l'air comprimé à admettre suivant leurs températures des sources relativement froide et relativement chaude.
    • Des gaz du cycle de combustion précédent non échappés.
  10. Le dit cycle à base d'air comprimé selon la revendication 1, est caractérisé en ce que lors de la détente des gaz, une injection d'air comprimé par la ou les soupapes d'admission peut être effectuée.
  11. Le dit cycle à base d'air comprimé selon la revendication 1, est caractérisé en ce qu'il peut utiliser le ou les compresseurs auxiliaires :
    • Comme frein pour récupérer l'énergie cinétique du véhicule sous forme d'air comprimé.
    • Pour récupérer le travail du moteur à combustion interne lorsqu' il tourne à vide sans charge extérieure sous forme d'air comprimé.
    • Comme une charge additionnelle variable pour le moteur à combustion interne pour aider le moteur à combustion interne à fonctionner à son point de fonctionnement convoité.
  12. Le dit cycle à base d'air comprimé selon la revendication 1, est caractérisé en ce qu'il peut utiliser le moteur à combustion interne comme moteur pneumatique sans combustion, en se servant de l'air comprimé pour l'entrainer.
PCT/CA2021/051455 2021-10-16 2021-10-16 Cycle à base d'air comprimé par compresseur auxiliaire pour les moteurs à combustion interne WO2023060336A1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CA2021/051455 WO2023060336A1 (fr) 2021-10-16 2021-10-16 Cycle à base d'air comprimé par compresseur auxiliaire pour les moteurs à combustion interne
CA3218839A CA3218839A1 (fr) 2021-10-16 2021-10-16 Cycle a base d'air comprime par compresseur auxiliaire pour les moteurs a combustion interne

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CANONE 2021-07-13
PCT/CA2021/051455 WO2023060336A1 (fr) 2021-10-16 2021-10-16 Cycle à base d'air comprimé par compresseur auxiliaire pour les moteurs à combustion interne

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023060336A1 true WO2023060336A1 (fr) 2023-04-20

Family

ID=85988803

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CA2021/051455 WO2023060336A1 (fr) 2021-10-16 2021-10-16 Cycle à base d'air comprimé par compresseur auxiliaire pour les moteurs à combustion interne

Country Status (2)

Country Link
CA (1) CA3218839A1 (fr)
WO (1) WO2023060336A1 (fr)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1781147A (en) * 1925-10-23 1930-11-11 Standard Oil Dev Co Supercharger for internal-combustion engines
FR2901846A1 (fr) * 2006-06-01 2007-12-07 Peugeot Citroen Automobiles Sa Moteur a combustion interne equipe de moyens d'alimentation en air d'appoint et procede d'actionnement du moteur
US8997488B2 (en) * 2009-08-03 2015-04-07 ETH Zürich Turbocharged reciprocating piston engine having a connected pressure tank for bridging turbo lag, and method for operating said engine
DE102015214107A1 (de) * 2015-07-27 2017-02-02 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verbrennungskraftmaschine mit einem Verdichter und einem zusätzlichen Kompressor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1781147A (en) * 1925-10-23 1930-11-11 Standard Oil Dev Co Supercharger for internal-combustion engines
FR2901846A1 (fr) * 2006-06-01 2007-12-07 Peugeot Citroen Automobiles Sa Moteur a combustion interne equipe de moyens d'alimentation en air d'appoint et procede d'actionnement du moteur
US8997488B2 (en) * 2009-08-03 2015-04-07 ETH Zürich Turbocharged reciprocating piston engine having a connected pressure tank for bridging turbo lag, and method for operating said engine
DE102015214107A1 (de) * 2015-07-27 2017-02-02 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verbrennungskraftmaschine mit einem Verdichter und einem zusätzlichen Kompressor

Also Published As

Publication number Publication date
CA3218839A1 (fr) 2023-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8327831B2 (en) Dual fuel compression ignition engines and methods
JP3421059B2 (ja) 最適燃焼コントロールを有する予混合チャージ圧縮点火エンジン
US7624709B2 (en) Cao cycles of internal combustion engine with increased expansion ratio, constant-volume combustion, variable compression ratio, and cold start mechanism
JP5343087B2 (ja) 内燃機関の運転方法、及び内燃機関
JP4898912B2 (ja) 火花点火機関の運転方法
EP2812547A2 (fr) Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne
US10132273B2 (en) Control system of engine
WO2010036093A1 (fr) Moteur à combustion interne
RU2546935C2 (ru) Двигатель с разделённым циклом
JP2013510261A (ja) 可変圧縮比および排気ポートシャッターを有する２ストローク内燃機関およびそのようなエンジンを動作させる方法
US20170191405A1 (en) High-pressure spark-ignition and stratification device for an internal combustion engine
US11933215B2 (en) Hydrogen opposed-piston engine
JP5140596B2 (ja) 内燃機関の作動方法
US20200182175A1 (en) Compression ignition engine
WO2023060336A1 (fr) Cycle à base d'air comprimé par compresseur auxiliaire pour les moteurs à combustion interne
JP2023103406A (ja) 排気ガス再循環システム及びこれを備える船舶
JP5539616B2 (ja) 内燃機関の運転方法、制御装置およびコンピュータ・プログラム
RU2189468C2 (ru) Усовершенствованный двигатель внутреннего сгорания и его рабочий цикл
US20090064974A1 (en) Method for operating an internal combustion engine
FR2868481A1 (fr) Procede de controle de la recirculation des gaz d'echappement d'un moteur suralimente a combustion interne et moteur utilisant un tel procede
JP2008051017A (ja) 予混合圧縮自着火内燃機関
JP6962225B2 (ja) 過給ディーゼルエンジン
WO2023004487A1 (fr) Utilisation d'un fluide comme un piston virtuel de compression secondaire pour un moteur à combustion interne
FR2851617A1 (fr) Procede et dispositif de commande d'un moteur thermique de vehicule avec augmentation de la puissance thermique
WO2012150393A1 (fr) Circuit d'alimentation d'air, moteur turbocompresse et procede de controle de la combustion d'un moteur turbocompresse

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: 21960120

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 3218839

Country of ref document: CA

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE