EP0754268B1 - Moteur diesel a deux temps avec canal d'admission d'air en volute - Google Patents
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- EP0754268B1 EP0754268B1 EP96900828A EP96900828A EP0754268B1 EP 0754268 B1 EP0754268 B1 EP 0754268B1 EP 96900828 A EP96900828 A EP 96900828A EP 96900828 A EP96900828 A EP 96900828A EP 0754268 B1 EP0754268 B1 EP 0754268B1
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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
- 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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- 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 diesel engine with two-stroke with volute air intake channel, and more particularly to a diesel engine which has a channel air intake which has a spiral shape and is arranged on part of the circumference of the wall of the cylinder, the intake channel which is arranged at the location of the bottom dead center of the piston being connected to the cylinder by channels of transfer which are separated by walls in the shape of blades.
- two-stroke diesel engines operate on the principle that the air intake, which is the oxidizer, is constant, and the fuel injection is variable.
- the action on the accelerator pedal adjusts the amount of fuel which is distributed.
- the power of two-stroke diesel engines is dependent on the quality of the oxidizer-fuel mixture, the optimal power being obtained when each molecule of fuel can ally to an oxidizer molecule.
- the mixing of the oxidizer in the cylinder is essential to ensure that an optimal proportion of fuel molecules can ally with molecules of oxidizer. Insufficient mixing of the oxidizer results in a lack of homogeneity of the oxidizer-fuel mixture which reflected in the fact that a certain proportion of the fuel is not burnt and by the fact that the engine whose combustion is incomplete, works with a large excess of oxidizer.
- valve-light combinations for example, the lights being intended for the intake of oxidizer and the valves to the exhaust of the burnt gases or vice versa.
- An embodiment known as the Schnurle principle has several lights which are arranged in a way symmetrical on each side of the cylinder. This form of execution has allowed to bring some increase in brewing and by therefore power and efficiency. However, the arrival symmetrical oxidant in the cylinder does not create sufficient mixing which again results in a strong loss of power and efficiency relative to power and optimal performance.
- the aims of the present invention therefore consist in remedying to 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 vortex and circular movement 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 towards the high, in the combustion chamber whose volume is much smaller than the cylinder.
- the very strong mixing of the air thus created makes it possible to guarantee a very significant improvement in the homogeneity of the oxidizer-fuel mixture which makes it possible to approach optimum power and efficiency.
- the very significant improvement in power and efficiency obtained by the principle of the invention allows, at power -equal supply compared to known two-stroke diesel engines, significantly reduce consumption and pollution.
- the principle of the invention allows significantly increase engine power while avoiding, by complete combustion, that this increase in power does result in increased pollution.
- Figures 1 and 2 are sectional views, respectively vertical and horizontal, cylinder and piston of an engine two-stroke diesel with an air intake channel in volute.
- Figures 3, 4 and 5 are vertical section views of transfer channels, respectively at the start, in a portion intermediate 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 comprising an exhaust channel with closure device.
- Figures 8 and 9 are sectional views, respectively vertical and horizontal, of a cylinder with a channel volute air intake and an exhaust channel which also has a scroll shape.
- the wall of a cylinder 2 has an air intake channel 1 which has a scroll shape.
- the air intake channel 1 is arranged on the much of the circumference of the cylinder wall 2.
- the air intake channel 1 is connected to the inside of cylinder 2 by transfer channels, for example 3, 4 and 5.
- the transfer channels are separated from each other by vanes, by example vanes 6, 7 and 8.
- the vanes are arranged in a angle with respect to the central axis of the cylinder.
- the canals of transfer are arranged at the bottom dead center of a piston 9, so that they are open when the piston found in bottom dead center.
- the head of the piston 9 has a combustion chamber 10 in which the fuel-oxidant mixture takes place when the piston is in neutral high and when the fuel injector 11 injects the fuel.
- combustion of the fuel-oxidant mixture occurs through self-ignition which is caused by the combined effects of the very strong pressure and temperature in the combustion chamber.
- air, or oxidizer is powered in the intake channel 1 by a turbo-compressor, for example.
- the air thus propelled into the intake channel 1 is propelled into cylinder 2 by the transfer channels.
- the vanes that separate the transfer channels are arranged in a angle relative to the central axis of the cylinder so that the air is propelled inside the cylinder with a very strong vortex movement around the cylinder axis.
- Air or oxidizer is allowed when the piston discovers the transfer.
- the vortex movement of air or oxidizer is still greatly increased during the rise of the piston, due the difference in volume between the cylinder and the combustion.
- the intake channel 1 has a volute shape and the intake channel becomes progressively smaller by so that the air pressure propelled by the channels which are sufficient at the end of the air intake channel.
- Figure 3 shows a channel transfer 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 in the cylinder.
- Figure 4 shows a transfer channel 4 which is arranged in a portion intermediate of the intake channel 1.
- the upper faces and bottom of transfer channel 4 are arranged at an angle upwards from the horizontal plane.
- Figure 5 shows a transfer channel 5 which is arranged at the end of the channel 1.
- the upper and lower sides of the transfer 5 are arranged with a strong upward angle by compared to the horizontal plane.
- the angle of the faces upper and lower transfer channels increase gradually from 0 ° for the first channel to 45 °, by example, for the last channel. In this way, in addition to the vortex movement around the cylinder axis, the air is gradually propelled up the cylinder which further strengthens the vortex movement.
- the very strong vortex movement is amplified in the combustion chamber when the piston is in neutral high, and this strong vortex movement guarantees a optimal fuel-oxidizer mixture when fuel is distributed. This optimal mixture guarantees combustion complete which allows to obtain a very important improved performance which also results in significant pollution reduction.
- the air intake channel 1 has a volute shape, or a spiral shape, the intake channel being progressively arranged downward in depending on the angle of the transfer channels.
- Figures 1 and 2 do not show exhaust.
- the exhaust is conventional and can consist of a valve arranged in the upper part of the cylinder by example.
- Figures 6 and 7 show an embodiment of a cylinder 14 which also includes an injector 11, with a piston 9 which has a combustion chamber 10, the piston being in this case shown in top dead center.
- the air intake channel 12, which is connected inside the cylinder by transfer channels, for example the first 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 beginning and the end of the canal air intake. According to this form of execution, it is the fort eddy air movement which guarantees the evacuation of burnt gases.
- This embodiment includes a obturation device 16 which temporarily closes the channel exhaust in the first intake phase so as to prevent some of the admitted air from escaping through the channel exhaust.
- Figures 8 and 9 show an embodiment of a cylinder 16 which comprises an intake channel 17, which comprises transfer channels, for example transfer channel 18, which is shorter than on the forms of executions shown on Figures 1, 2, 6 and 7.
- This embodiment comprises, on a part of the circumference of the cylinder, an exhaust channel 19 which is connected to the cylinder by transfer channels, the channel transfer 20 for example.
- Channel transfer channels exhaust are separated by vanes which form an angle by relative to the central axis of the cylinder. This form of execution with exhaust channel can allow better evacuation of burnt gases, depending on the vortex movement of the air admitted.
- the number of different transfer channels can be varied according to the different engine designs, 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 engine cylinder, the principle can be applied as well single cylinder engines than multiple engines cylinders.
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Description
Le principe de l'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
l'échappement des gaz brûlés ou inversément.
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.
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'injecteur 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 45°, 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 (5)
- 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 a 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.
- 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.
- Moteur diesel, selon l'une des revendications 1 a 2, caractérisé par le fait que le canal d'admission d'air présente une forme de volute qui est progressivement dirigée vers le bas.
- 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.
- 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 la 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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|---|---|---|---|
| CH32195A CH690307A5 (fr) | 1995-02-06 | 1995-02-06 | Moteur diesel à deux temps avec canal d'admission d'air en volute. |
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| PCT/CH1996/000045 WO1996024757A1 (fr) | 1995-02-06 | 1996-02-06 | Moteur diesel a deux temps avec canal d'admission d'air en volute |
Publications (2)
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Country Status (5)
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