EP0754268A1 - Moteur diesel a deux temps avec canal d'admission d'air en volute - Google Patents
Moteur diesel a deux temps avec canal d'admission d'air en voluteInfo
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- EP0754268A1 EP0754268A1 EP96900828A EP96900828A EP0754268A1 EP 0754268 A1 EP0754268 A1 EP 0754268A1 EP 96900828 A EP96900828 A EP 96900828A EP 96900828 A EP96900828 A EP 96900828A EP 0754268 A1 EP0754268 A1 EP 0754268A1
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- cylinder
- channel
- air intake
- intake channel
- diesel engine
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B25/00—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders
- F02B25/14—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders using reverse-flow scavenging, e.g. with both outlet and inlet ports arranged near bottom of piston stroke
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- 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
- F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
- F02B2275/14—Direct injection into combustion chamber
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- 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
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
Definitions
- the principle of the invention relates to a two-stroke diesel engine with a volute air intake channel, and more particularly to a diesel engine which has an air intake channel which has a spiral shape and which is arranged on a part of the circumference of the wall of the cylinder, the inlet channel which is arranged at the place of the bottom dead center of the piston being connected to the cylinder by transfer channels which are separated by shaped walls blades.
- two-stroke diesel engines operate on the principle that the air intake, which is the oxidizer, is constant, and that the fuel injection is variable.
- the action on the accelerator pedal makes it possible to adjust the quantity of fuel which is distributed.
- the power of two-stroke diesel engines is dependent on the quality of the oxidizer-fuel mixture, the optimum power being obtained when each molecule of fuel can combine with one molecule of oxidizer.
- the mixing of the oxidant in the cylinder is essential to guarantee that an optimal proportion of fuel molecules can combine with the oxidant molecules. Insufficient mixing of the oxidizer results in a lack of homogeneity of the oxidizer-fuel mixture which results in the fact that a certain proportion of the fuel is not burned and in the fact that the engine, the combustion of which is incomplete, operates. with a significant excess of oxidizer.
- valve-light combinations for example, the lights being intended for the intake of oxidizer and the valves for exhausting the burnt gases or vice versa.
- An embodiment known as the Schnurle principle has several lights which are arranged symmetrically on each side of the cylinder. This embodiment made it possible to bring a certain increase in the mixing and consequently in the power and the yield. However, the symmetrical arrival of the oxidant in the cylinder does not allow sufficient mixing to be created, which again results in a large loss of power and of efficiency compared to optimal power and efficiency.
- the aims of the present invention therefore consist in remedying the aforementioned drawbacks of known diesel engines.
- the two-stroke diesel engine with volute air intake channel comprises an air intake channel which is arranged over a large part of the circumference of the cylinder wall and which is connected to the cylinder by transfer channels which are separated from each other by vanes.
- the air is propelled into the volute intake channel by a turbo-compressor for example.
- the vanes separating the transfer channels are arranged at angles to the axis of the cylinder. In this way the air admitted when the piston is in bottom dead center, is propelled into the cylinder with a very strong vortex movement. This circular vortex movement is supplemented by an upward movement caused by the fact that the transfer channels gradually present an upward angle of the cylinder.
- the first transfer channel is arranged so that the air is propelled horizontally into the cylinder and the last channel is arranged so that the air is propelled at an angle of 45 "upwards by example: the strong movement vortical and circular and the progressive upward mixing of the air thus created in the cylinder are further accentuated by the fact that the volume of air admitted into the cylinder becomes progressively concentrated, by the displacement of the piston upwards, in the combustion chamber whose volume is much smaller than the cylinder.
- the very significant improvement in power and efficiency obtained by the principle of the invention makes it possible, with an equal power supply compared to known two-stroke diesel engines, to considerably reduce consumption and pollution.
- the principle of the invention makes it possible to considerably increase the power of the engine while preventing, by complete combustion, that this increase in power does not result in an increase in pollution.
- Figures 1 and 2 are sectional views, respectively vertical and horizontal, of the cylinder and the piston of a two-stroke diesel engine having a volute air intake channel.
- Figures 3, 4 and 5 are views in vertical section of transfer channels, respectively at the start, in an intermediate portion and at the end of the air intake channel.
- Figures 6 and 7 are sectional views, respectively vertical and horizontal, of an embodiment of a cylinder having an exhaust channel with closure device.
- Figures 8 and 9 are sectional views, respectively vertical and horizontal, of a cylinder having a volute air intake channel and an exhaust channel which also has a volute shape.
- the wall of a cylinder 2 comprises an air intake channel 1 which has a scroll shape.
- the air intake channel 1 is arranged over the major part of the circumference of the wall of the cylinder 2.
- the air intake channel 1 is connected to the interior of the cylinder 2 by transfer channels, by example 3, 4 and 5.
- the transfer channels are separated from each other by blades, for example blades 6, 7 and 8.
- the blades are arranged at an angle relative to the central axis of the cylinder.
- the transfer channels are arranged at the bottom dead center of a piston 9, so that they are open when the piston is in bottom dead center.
- the head of the piston 9 comprises a combustion chamber 10 in which the fuel-oxidant mixture takes place when the piston is in top dead center and when the fuel inector 11 injects the fuel.
- the combustion of the fuel-oxidant mixture occurs by self-ignition which is caused by the combined effects of very high pressure and temperature in the combustion chamber.
- air, or oxidizer is propelled into the intake channel 1 by a turbo-compressor, for example. The air thus propelled into the intake channel 1 is propelled into the cylinder 2 by the transfer channels.
- the vanes which separate the transfer channels are arranged at an angle to the central axis of the cylinder so that the air is propelled inside the cylinder with a very strong vortex movement around the axis of the cylinder.
- Air or oxidizer is admitted when the piston discovers the transfer channels.
- the vortex movement of the air or oxidant is further greatly increased when the piston rises, due to the difference in volume between the cylinder and the combustion chamber.
- the intake channel 1 has a volute shape and the intake channel becomes progressively smaller so that the air pressure propelled by the channels which are at the end of the air intake channel is sufficient.
- FIG. 3 shows a transfer channel 3 which is arranged at the start of the intake channel 1.
- the upper and lower faces of the transfer channel 3 are arranged in the horizontal plane and in this case the air is propelled horizontally into the cylinder.
- Figure 4 shows a transfer channel 4 which is arranged in an intermediate portion of the intake channel 1.
- the upper and lower faces of the transfer channel 4 are arranged with an upward angle relative to the horizontal plane.
- FIG. 5 shows a transfer channel 5 which is arranged at the end of the intake channel 1.
- the upper and lower faces of the transfer channel 5 are arranged with a strong upward angle relative to the horizontal plane.
- the angle of the upper and lower faces of the transfer channels gradually increases from 0 "for the first channel to 45 th , for example, for the last channel. In this way, in addition to the vortex movement around the 'axis of cylinder, the air is gradually propelled towards the top of the cylinder what further reinforces the vortex movement.
- the very strong vortex movement is amplified in the combustion chamber when the piston is in top dead center, and this strong vortex movement guarantees an optimal fuel-oxidant mixture when the fuel is dispensed.
- This optimal mixture makes it possible to guarantee complete combustion, which makes it possible to obtain a very significant improvement in yield which also results in a significant reduction in pollution.
- the air intake channel 1 has a volute shape, that is to say a spiral shape, the intake channel being progressively arranged downwards as a function of the angle of the channels of transfer.
- Figures 1 and 2 do not show exhaust.
- the exhaust is conventional and can be constituted by a valve arranged in the upper part of the cylinder for example.
- Figures 6 and 7 show an embodiment of a cylinder 14 which also includes an injector 11, with a piston 9 which comprises a combustion chamber 10, the piston being in this case shown in top dead center.
- the air intake channel 12 which is connected to the interior of the cylinder by transfer channels, for example the first transfer channel 13, is shorter than the intake channel shown in FIGS. 1 and 2
- An exhaust channel 15 is arranged, in the same horizontal plane, between the start and the end of the air intake channel. According to this embodiment, it is the strong vortex movement of the admitted air which guarantees the evacuation of the burnt gases.
- This embodiment comprises a closure device 16 which temporarily closes the exhaust channel in the first intake phase so as to prevent a portion of the admitted air from escaping through the exhaust channel .
- Figures 8 and 9 show an embodiment of a cylinder 16 which has an inlet channel 17, which has transfer channels, for example the transfer channel 18, which is shorter than on the forms of executions shown in FIGS. 1, 2, 6 and 7.
- This embodiment comprises, on part of the circumference of the cylinder, an exhaust channel 19 which is connected to the cylinder by transfer channels, the transfer channel 20 for example.
- the transfer channels of the exhaust channel are separated by vanes which form an angle with respect to the central axis of the cylinder.
- This embodiment with exhaust channel can allow better evacuation of the burnt gases, depending on the vortex movement of the admitted air.
- the number of different transfer channels can be varied according to the different design of the motors, as well as the angles of the blades or of the upper or lower faces of the transfer channels.
- the principle of the invention is independent of the number of cylinders of the engine, the principle being able to be applied both to single-cylinder engines and to engines with several cylinders.
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Abstract
Le moteur diesel à deux temps avec canal d'admission d'air en volute comporte un canal d'admission d'air (1) qui est disposé, à l'endroit du point mort bas d'un piston (9) sur une grande partie de la circonférence de la paroi d'un cylindre (2). Le canal d'admission d'air (1) est relié au cylindre (2) par des canaux de transfert, (3, 4, 5) par exemple, qui sont séparés entre eux par des aubes, (6, 7, 8) par exemple. Les aubes présentent un angle par rapport à l'axe central du cylindre de manière à ce que l'air soit propulsé dans le cylindre avec un fort mouvement tourbillonnaire autour de l'axe de cylindre.
Description
MOTEUR DIESEL A DEUX TEMPS AVEC CANAL D'ADMISSION D'AIR EN VOLUTE
Le principe de 1 'invention se rapporte à un moteur diesel à deux temps avec canal d'admission d'air en volute, et plus particulièrement à un moteur diesel qui comporte un canal d'admission d'air qui présente une forme de spirale et qui est disposé sur une partie de la circonférence de la paroi du cylindre, le canal d'admission qui est disposé à l'endroit du point mort bas du piston étant relié au cylindre par des canaux de tranfert qui sont séparés par des parois en forme d'aubes.
D'une manière générale, les moteurs diesel à deux temps fonctionnent selon le principe que l'admission d'air, qui est le comburant, est constante, et que l'injection du carburant est variable. Dans le cas d'un véhicule par exemple, l'action sur la pédale d'accélérateur permet de régler la quantité de carburant qui est distribuée.
La puissance des moteurs diesel à deux temps est dépendant de la qualité du mélange comburant-carburant, la puissance optimale étant obtenue lorsque chaque molécule de carburant peut s'allier à une molécule de comburant. Le brassage du comburant dans le cylindre est essentiel pour garantir qu'une proportion optimale de molécules de carburant puisse s'allier aux molécules de comburant. Un brassage insuffisant du comburant se traduit par un manque d'homogénéité du mélange comburant-carburant qui se traduit par le fait qu'une certaine proportion du carburant n'est pas brûlée et par le fait que le moteur dont la combustion est incomplète, fonctionne avec un important excédent de comburant.
Tous les moteurs diesel à deux temps connus fonctionnent avec un brassage insuffisant du comburant et cet inconvénient essentiel provoque des diminutions de puissance et de rendement importantes.
La plupart des moteurs diesel à deux temps connus comportent des combinaisons soupapes-lumières, par exemple, les lumières étant destinées à l'admission du comburant et les soupapes à 1 'échappement des gaz brûlés ou inversement.
Une forme d'exécution connue sous le nom de principe Schnurle
comporte plusieurs lumières qui sont disposées d'une manière symétrique de chaque côté du cylindre. Cette forme d'exécution a permis d'apporter une certaine augmentation du brassage et par conséquent de la puissance et du rendement. Toutefois, l'arrivée symétrique du comburant dans le cylindre ne permet pas de créer un brassage suffisant ce qui se traduit encore par une forte perte de puissance et de rendement par rapport à la puissance et rendement optimaux.
En fonction des inconvénients précités des moteurs diesels à deux temps connus et en fonction des problèmes d'environnement et de ressources d'énergie, il est envisageable que ces moteurs, qui sont actuellement utilisés principalement en fonction de leur fiabilité et du faible coût du carburant, soient progressivement proscrits si des améliorations importantes ne sont pas apportées.
Les buts de la présente invention consistent donc à remédier aux inconvénients précités des moteurs diesel connus.
Les buts sont atteints selon le principe de l'invention décrit dans la revendication 1.
Le moteur diesel à deux temps avec canal d'admission d'air en volute, selon le principe de l'invention, comporte un canal d'admission d'air qui est disposé sur une grande partie de la circonférence de la paroi du cylindre et qui est reliée au cylindre par des canaux de transfert qui sont séparés entre eux par des aubes. L'air est propulsé dans le canal d'admission en volute par un turbo-compresseur par exemple. Les aubes séparant les canaux de transfert sont disposées selon des angles par rapport à l'axe du cylindre. De cette manière l'air admis lorsque le piston se trouve au point mort bas, est propulsé dans le cylindre avec un très fort mouvement tourbillonaire. Ce mouvement tourbillonaire circulaire est complété par un mouvement vers le haut provoqué par le fait que les canaux de tranferts présentent progressivement un angle vers le haut du cylindre. En effet, le premier canal de transfert est disposé de manière à ce que l'air soit propulsé horizontalement dans le cylindre et le dernier canal est disposé de manière à ce que l'air soit propulsé selon un angle de 45" vers le haut par exemple. Le fort mouvement
tourbillonaire et circulaire et le brassage progressif vers le haut de l'air ainsi créés dans le cylindre sont encore fortement accentués par le fait que le volume d'air admis dans le cylindre devient progressivement concentré, par le déplacement du piston vers le haut, dans la chambre de combustion dont le volume est beaucoup plus petit que le cylindre.
Le très fort brassage de l'air ainsi créé permet de garantir une très importante amélioration de l'homogénéité du mélange comburant-carburant qui permet de s'approcher de la puissance et du rendement optimaux.
La très importante amélioration de puissance et de rendement obtenue par le principe de l'invention permet, à puissance fournie égale par rapport aux moteurs diesel deux temps connus, de réduire considérablement la consommation et la pollution. A consommation égale, le principe de l'invention permet d'augmenter considérablement la puissance du moteur tout en évitant, par une combustion complète, que cette augmentation de puissance ne se traduise par une augmentation de la pollution.
Les dessins annexés illustrent schématiquement et à titre d'exemple les principes de l'invention.
Les figures 1 et 2 sont des vues en coupe, respectivement verticale et horizontale, du cylindre et du piston d'un moteur diesel à deux temps comportant un canal d'admission d'air en volute.
Les figures 3, 4 et 5, sont des vues en coupe verticale de canaux de tranfert, respectivement au début, dans une portion intermédiaire et au bout du canal d'admission d'air.
Les figures 6 et 7 sont des vues en coupe, respectivement verticale et horizontale, d'une forme d'exécution d'un cylindre comportant un canal d'échappement avec dispositif d'obturation.
Les figures 8 et 9 sont des vues en coupe, respectivement verticale et horizontale, d'un cylindre comportant un canal d'admission d'air en volute et un canal d'échappement qui présente également une forme de volute.
En référence tout d'abord aux figures 1 et 2, la paroi d'un cylindre 2 comporte un canal d'admission d'air 1 qui présente une
forme de volute. Le canal d'admission d'air 1 est disposé sur la grande partie de la circonférence de la paroi du cylindre 2. Le canal d'admission d'air 1 est relié à l'intérieur du cylindre 2 par des canaux de transfert, par exemple les 3, 4 et 5. Les canaux de transfert sont séparés entre eux par des aubes, par exemple les aubes 6, 7 et 8. Les aubes sont disposées selon un angle par rapport à l'axe central du cylindre. Les canaux de transfert sont disposés à l'endroit du point mort bas d'un piston 9, de manière à ce qu'ils soient ouverts lorsque le piston se trouve au point mort bas. La tête du piston 9 comporte une chambre de combustion 10 dans laquelle le mélange carburant- comburant s'effectue lorsque le piston se trouve au point mort haut et lorsque l'in ecteur de carburant 11 injecte le carburant. Selon le principe des moteurs diesel à deux temps, la combustion du mélange carburant-comburant se produit par un auto-allumage qui est provoqué par les effets conjugués de la très forte pression et de la température dans la chambre de combustion. Selon le principe de l'invention, de l'air, ou comburant, est propulsé dans le canal d'admission 1 par un turbo-compresseur, par exemple. L'air ainsi propulsé dans le canal d'admission 1, est propulsé dans le cylindre 2 par les canaux de tranfert. Les aubes qui séparent les canaux de tranfert sont disposées selon un angle par rapport à l'axe central du cylindre de manière à ce que l'air soit propulsé à l'intérieur du cylindre avec un très fort mouvement tourbillonaire autour de l'axe du cylindre. L'air ou comburant est admis lorsque le piston découvre les canaux de transfert. Le mouvement tourbillonaire de l'air ou comburant est encore fortement augmenté lors de la montée du piston, en raison de la différence de volume entre le cylindre et la chambre de combustion. Le canal d'admission 1 présente une forme de volute et le canal d'admission devient progressivement plus petit de manière à ce la pression d'air propulsée par les canaux qui se trouvent en bout du canal d'admission d'air soit suffisante.
En référence aux figures 1 à 5, la figure 3 montre un canal de transfert 3 qui est disposé au début du canal d'admission 1. Les faces supérieure et inférieure du canal de transfert 3 sont
disposées dans le plan horizontal et dans ce cas l'air est propulsée horizontalement dans le cylindre. La figure 4 montre un canal de transfert 4 qui est disposé dans une portion intermédiaire du canal d'admission 1. Les faces supérieure et inférieure du canal de transfert 4 sont disposées avec un angle vers le haut par rapport au plan horizontal . La figure 5 montre un canal de transfert 5 qui est disposé au bout du canal d'admission 1. Les faces supérieure et inférieure du canal de transfert 5 sont disposées avec un fort angle vers le haut par rapport au plan horizontal. En résumé, l'angle des faces supérieure et inférieure des canaux de transfert augmentent progressivement de 0" pour le premier canal jusqu'à 45e, par exemple, pour le dernier canal. De cette manière, en plus du mouvement tourbillonaire autour de l'axe de cylindre, l'air est progressivement propulsée vers le haut du cylindre ce qui renforce encore le mouvement tourbillonaire.
Le très fort mouvement tourbillonaire est amplifié dans la chambre de combustion lorsque le piston se trouve au point mort haut, et ce fort mouvement tourbillonaire permet de garantir un mélange optimal carburant-comburant lorsque le carburant est distribué. Ce mélange optimal permet de garantir une combustion complète ce qui permet d'obtenir une très importante amélioration du rendement qui se traduit aussi par une importante diminution de la pollution.
Comme montré par les figures 1 à 5, la canal d'admission d'air 1 présente une forme de volute, soit une forme de spirale, le canal d'admission étant progressivement disposé vers le bas en fonction de l'angle des canaux de transfert.
Les figures 1 et 2 ne montrent pas d'échappement. Dans ce cas l'échappement est conventionnel et peut être constitué par une soupape disposée dans la partie supérieure du cylindre par exemple.
Les figures 6 et 7 montrent une forme d'exécution d'un cylindre 14 qui comporte aussi un injecteur 11, avec un piston 9 qui comporte une chambre de combustion 10, le piston étant dans ce cas montré au point mort haut. Selon cette forme d'exécution,
le canal d'admission d'air 12, qui est relié à l'intérieur du cylindre par des canaux de tranfert, par exemple le premier canal de transfert 13, est moins long que le canal d'admission montré sur les figures 1 et 2. Un canal d'échappement 15 est disposé, dans le même plan horizontal, entre le début et le bout du canal d'admission d'air. Selon cette forme d'exécution, c'est le fort mouvement tourbillonaire de l'air admis qui permet de garantir l'évacuation des gaz brûlés. Cette forme d'exécution comporte un dispositif d'obturation 16 qui obture momentanément le canal d'échappement dans la première phase d'admission de manière à éviter qu'une partie de l'air admis ne s'échappe par le canal d'échappement.
Les figures 8 et 9 montrent une forme d'exécution d'un cylindre 16 qui comporte un canal d'admission 17, qui comporte des canaux de transfert, par exemple le canal de transfert 18, qui est plus court que sur les formes d'exécutions montrées sur figures 1, 2, 6 et 7. Cette forme d'exécution comporte, sur une partie de la circonférence du cylindre, un canal d'échappement 19 qui est relié au cylindre par des canaux de transfert, le canal de transfert 20 par exemple. Les canaux de transfert du canal d'échappement sont séparés par des aubes qui forment un angle par rapport à l'axe central du cylindre. Cette forme d'exécution avec canal d'échappement peut permettre une meilleure évacuation des gaz brûlés, en fonction du mouvement tourbillonaire de l'air admis.
Le nombre des différents canaux de transfert peut être varié en fonction des différentes conception des moteurs, de même que les angles des aubes ou des faces supérieure ou inférieure des canaux de transfert.
Le principe de l'invention est indépendant du nombre de cylindre du moteur, le principe pouvant être appliqué aussi bien à des moteurs mono-cylindre qu'à des moteurs à plusieurs cylindres.
Claims
1. Moteur diesel à deux temps avec canal d'admission d'air en volute comportant un cylindre (2) qui comporte des canaux de tranfert qui sont disposés au point mort bas d'un piston (9) qui comporte une chambre de combustion (10), caractérisé par le fait qu'un canal d'admission d'air (1) en forme de spirale est disposé à l'endroit du point mort bas du piston (9) sur la plus grande partie de la circonférence de la paroi du cylindre (2), le canal d'admission d'air étant relié au cylindre par des canaux de transfert qui sont séparés entre eux par des aubes qui présentent un angle par rapport à l'axe central du cylindre, de manière à ce que l'air propulsé dans le canal d'admission et dans les canaux de tranfert soit propulsé dans le cylindre avec un fort mouvement tourbillonaire autour de l'axe central du cylindre, et par le fait que les faces supérieure et inférieure des canaux de transfert présentent progressivement un angle vers le haut, les faces supérieure et inférieure du canal de transfert disposé au début du canal d'admission présentant un angle nul ou très faible par rapport au plan horizontal et les faces supérieure et inférieure du canal disposé au bout du canal d'admission présentant un fort angle vers le haut par rapport au plan horizontal, de manière à ce que l'air qui est ainsi progressivement propulsé vers le haut du cylindre crée un mouvement de brassage.
2. Moteur diesel, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le canal d'admission d'air en forme de volute devient progressivement, de son début jusqu'au bout, plus petit.
3. Moteur diesel, selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé par le fait que le canal d'admission d'air présente une forme de volute qui est progressivement dirigée vers le bas.
4. Moteur diesel, selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un canal d'échappement est disposé dans le même plan horizontal que les canaux de transfert d'admission d'air, et par le fait que ce canal d'échappement est disposé sur une partie de la circonférence de la paroi du cylindre, entre le début et le bout du canal d'admission.
5. Moteur diesel, selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un canal d'échappement est disposé, à l'endroit du point mort bas du piston, sur une partie de la circonférence de la paroi du cylindre, et par le fait que ce canal d'échappement est relié au cylindre par des canaux de transfert qui sont séparés par des aubes qui forment un angle par rapport à l'axe central du cylindre, de manière à faciliter l'évacuation des gaz brûlés en fonction du mouvement tourbillonaire créé dans le cylindre.
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