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La présente invention se rapporte à un procédé de travail pour moteurs à combustion.
Dans l'état actuel de la technique on distingue principalement les procédés de travail pour moteurs à combustion énumérés ci-après:
1.) le procédé "Otto" 2.) le procédé "Diesel"
3.) le procédé "à culasse incandescente"
4.) le procédé "à moyenne pression".
Le procédé Otto,utilisé principalement pour un carburant volatil prévoit la formation d'un mélange de vapeur de carburant et d'air pendant -labourée d'aspiration, c'est-à-dire que ce mélange se forme dans un carbu- rateur à l'extérieur du moteur, ou dans les formes de réalisation actuelles ce mélange est formé par l'injection du carburant, au moyen d'un injecteur dans le tuyau d'aspiration ou dans le cylindre.De toutes manières on essaie d'obtenir, pendant la course d'aspiration, un mélange de carburant liquide et d'air le plus intime possible, de façon 4 disposer du temps suffisant pour former un mélange de vapeur de carburant et d'air le plus homogène, possible.L'allumage du mélange, prêt à brûler, se fait par une source d' allumage extérieure.Comme on travaille avec un mélange prêt à brûler,
le procédé Otto est lié à un degré de coqpression qui rend impossible un auto-allumage du mélange.Cela présente, au point de vue thermodynamique,des inconvénients dont la cause est l'étroite relation existant entre le ren- dement thermique et le degré de compression.
Dans le procédé Diesel on considère qu'il faut autant que possi- ble, de la même manière, former le plus rapidement et le plus intimement passible, le mélange du combustible injecté à l'état liquide et de l'air de combustion se trouvant dans le cylindre,cette formation se faisant en un temps extrêmement court à la fin de la compression, temps déterminé par le retard à l'allumage du combustible.On utilise à cet effet toute une série de chambres de combustion de formes différentes dites de pré-combustion", "à tou billonnement", "d'accumulation d'air", "à injection direct"etc.Tous ces procédés de formation du mélange dans les moteurs Diesel ont de commun qu'ils visent à réaliser le mélange intime et rapide, précité, du combus- tible et de l'air de combustion,
et cela dans le court délai dont on dispose avant le début de la course de détente.Le procédé Diesel nécessite un combustible suffisamment prompt à l'allumage pour que la chaleur de com- pression puisse l'allumer.
Dans les procédés dits "à culasse incandescente", une partie de la chaleur nécessaire$ à l'auto-allumage, et qui dans le moteur Diesel n' est obtenue que par le degré de compression, est fournie par plusieurs en- droits de la chambre de combustion portés à haute température.Dans le pro- cédé à culasse incandescente, le degré de compression est inférieure à celui du procédé Diesel, ce qui, bien qu'offrant des avantages mécaniques présente néanmoins des inconvénients au point de vue thermodynamique, dûs au rende- ment thermique qui devient plus mauvais du fait qu'il est fonction du degré de compression.On sait que dans un moteur à culasse incandescente il n'y a pas d'auto-allumage comme dans un moteur Diesel.En effet, si on supprime les endroits chauds de la tête du cylindre,
le moteur s'arrête comme dane le moteur Otto lorsqu'on interrompt l'allumage électrique.
Pour obtenir une homogénéité suffisante du combustible,le procédé dit "à moyenne pression" s'écarte du processus à auto-allumage du moteur Diesel et, tout comme dans le procédé Otto,il prévoit à cet effet un alluma- ge,généralement électrique. Toutefois,le mélange est formé sensiblement com- me dans les moteurs Diesel, c'est-à-dire seulement à la fin de la course de
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compression et immédiatement avant l'allumage. DAns les moteurs à moyenne pression également la chaleur de compression ne suffit pas à allumer le mélange final de vapeur de combustible et d'air.
La caractéristique commune des procédés précités est la formation, avant le début de l'allumage, d'un mélange prêt à brûler le plus complet possible ; seule la quantité de combustible déja transformée en vapeur lors- que l'allumage débute, diffère dans ces procédés. C'est dans les procédés Ot- to et à culasse incandescente que la vaporisation est la plus poussée à ce moment là; dans le procédé à moyenne pression seule une faible partie du com- bustible est vaporisée au début de l'allumage et dans le procédé Diesel également on ne réussit à vaporiser qu'une partie du combustible.
Dans les moteurs Diesel, la température est en réalité si élevée que la température d'auto-âllumage du mélange formé est dépassée par suite du degré de compression, et après la pré-réaction l'allumage a lieu immédiate- ment et automttiquement, sans que ce processus puisse enoore être réglé de l'extérieur.
Or le moment de la formation du mélange vapeur-air est essentiel pour le déroulement de la combustion.En ffet les pré-réactions moléculaires qui en dépendent étroitement déterminent de façon prépondérante le déroule- ment ultérieur de la combustion.Une conséquence en est par exemple l'appa- rition du cognage dans un moteur Otto, la progression de la compression,due à la détente de la partie brûlée, provoquant des réactions prématurées ou pré-réactions dans le reste du mélange non brûlé,mais prêt à l'être,
et entraînant alors une réaction spontanée de toute la partie restante.La signification de ces pré-réactions apparaît ici très clairement et leur exis- tence est en somme la raison pour laquelle le procédé Otto est lié au main- tien d'un degré de compression du mélange, relativement bas.
L'apparition de pré-réactions dépend toutefois de certaines condi- tions de pression et de températures dans la chambre de combuétion, et d'une certaine durée de l'influence de ces conditions sur le mélange.Si un mélan- ge prêt à brûler se forme déjà pendant la course d'aspiration, on dispose toujours d'un temps d'actions suffisante dans le moteur Diesel ce temps est plus court,mais la pression et la température sont pas contre plus élevées.
Dans ce cas aussi les pré-réactions sont fréquentes.
Toutefois la tendance à utiliser au maximum le combustible con- duit forcément à appliquer des procédés nécessitant un degré de compression maximum pour qie le rendement thermique se situe dans des limites avantageu- ses.C'est pourquoi les moteurs à moyenne pression, ou les moteurs à culasse incandescente, ne peuvent remplir les conditions nécessaires pour utiliser au, maximum l'énergie thermique produite et ils ne sont avantageux que lors- qu'on considère que l'insensibilité du combustible et de faibles charges mécaniques ont une plus grande importance qu'une utilisation spécifique du combustible.
Le moteur Diesel en tant que machine thermique.la plus économi- que, travaille de ce fait à un degré de compression maximum et donc aussi aux plus hautes températures avant le début de la combustion.Comme le com- bustible est essentiellement un hydrocarbure il subit dans le procédé Diesel des pré-réactions tout comme dans le procédé Otto.
Elles ont toute- fois un effet différent principalement du fait que la molécule de combusti- ble se dissocie avant la combustion proprement dite
Deux pressions se déroulent parallèlement lorsque le combustible liquide est injecté dans l'air comprimé chaud du moteur Diesel .Le premier est le mélange physique avec l'air.Dans les moteurs Diesel actuels, ce processus est favorisé par la forme de la chambre de combustion ou par le mouvement de l'air engendrée de sorte que pendant le peu-de temps disponi-
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ble le combustible encore liquide se répartit suffisamment dans l'air pré- sent dans la chambre de combustion.Cela ne provoque toutefois pas de mélan- ge moléculaire.En plus du processus mécanique de répartition précité,il fait encore mentionner, comme processus;
physique9 la diffusion qui favorise la formation du mélange et grâce à laquelle on obtient encore une autre ré= partition de la vapeur de combustible dans l'air de combustion ambiant,va- peur produite entretemps par le chauffage du combustible finement pulvéri- sé.Ce procédé est aussi trop lent-pour obtenir un mélange moléculaire même faible.C'est la raison pour'laquelle, dans un moteur Diesel on trouve,au début de l'allumage, le combustible sous toutes ses formes, la phase liqui- de et la phase gazeuse à l'état humide et surchauffé.Une réaction hétéro- gène est donc imposée, contrairement à une réaction homogène dans un mélan- ge moléculaire gaz-air.Cette différence est' décisive pour l'accélération qui subit la réaction sous l'effet de la température.
Mieux on réussit à obte- nir une réaction homogène des gaz, plus grande est l'accélération due à la température.Ces processus purement physiques se déroulent en partie pendant le retard de l'allumage; et aussi en partie pendant le processus de combusti- on lui-même .Une accélération de leur déroulement sous l'effet de la température, ne se produit que dans une mesure relativement faible,,On ne peut donc accélérer sensiblement le déroulement des processus physiques en aug- mentant la température.
Néanmoins il se produit aussi des modifications chimiques du com- bustible injectée, parallèlement aux processus physiques précités.Ces modi- fications chimiques sont dues au grand chauffement du combustible par contact avec l'air dans la chambre de combustion ou par rayonnement.En effet, la température de l'air dans la chambre de combustion est beaucoup plus élevée que celle du point d'allumage du combustible liquide ou de la vapeur de combustible ainsi formée à l'état naissant.Toutefois avant qu'une réac- tion puisse se produire avec l'oxygène de 1 air de combustion, il s'époule un certain temps dit "retard d'allumage".
Si pendant le retard d'allumage le mélange moléculaire n'a pu se produire -- ce qui est fort probable- il n'y a pas de combustion faute d'oxygène mais la structure -moléculaire du combustible est détruite et se dissocie en différentes parties qui par leurs réactions sont totalement différentes du combustible initialoD'autre part ce processus de dissociation est nécessaire à la mise en train de l'allumage la destruction de la molécule créant des conditions avantageuses pour l' action de l'oxygène.
Ces processus chimiques, mentionnés brièvement, qui en détail sont sensiblement plus complexes, subissent, sous l'effet de la température, une accélération considérable, contrairement aux processus physiques.C'est ainsi, par exemple, que pour une augmentation de température de 5400 à 7000 C, le rapport de la réaction augmente au centuple.Les augmentations de tem- pérature qui se produisent dans la chambre de combustion au début de la combustion sont cependant beaucoup plus importantes que les augmentations de température précitées de sprte que la vitesse des processus chimiques dépend dans une très grande mesure, de la température.Cela signifie qu'à de hautes températures, de tout l'allumage;
seule la fraction déterminée par les processus physiques, a encore une importance, tandis qu'à des tempéra- tures plus basses c'est le retard d'allumage déterminé par les processus chimiques, qùi est important.
Ces points ont l'influence suivante sur le mode de travail du moteurDans les limites de travail du moteur les processus phimiques se dé- .roulent sensiblement plus vite que les processus physiques .De ce fait, la dissociation chimique du combustible se produit avant que, pour obtenir une réaction complète on ait pu mettre une quantité suffisante d'oxygène en contact avec le combustible, grâce au processus de mélange physique.Les processus de 'dissociation qui débutest, laissent néanmoins subsister une
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quantité toujours plus grande de parties de molécules le mieux en état de réagir, ce qu'elles font d'ailleurs immédiatement lorsqu'elles entrent en contact avec de l'oxygène,
de orte que le processus de combustion d'un moteur Diesel est caractérisé par une vitesse initiale de combustion très élevée,qui provoque dans la chambre de combustion une augmentation, puissan- te et par à-coups de la pression. En outre, par suite de la dissociation et de l'état de mélange hétérogène,les processus chimiques comprennent aussi une déshydrogénation de la molécule du combustible,produite du fait du retrait de l'hydrogène du peu d'oxygène disponible lors du début prématuré de la,dissociation du combustible, de sorte que l'hydrogène réagit d'abord et qu'Il se forme des molécules,toujours riches en carbone,mais sensible*- ment moins actives à la combustion que le combustible initialoAinsi,malgré les,
phénomènes de post-combustion décrits et provoqués.par la formation de molécules déshydrogénées peu actives à la combustion, on ne peut atteindre un rendement avantageux dans un moteur Diesel, qu'en utilisant la vitesse initiale' élevée de la combustion,,Ce n'est qu'ainsi qu'on obtient une durée de combustion avantageuse au point de vue tnermodynamique.Un tel procédé est réalisé le plus avantageusement dans les moteurs dits "à injection direc- te" mais en acceptant alors l'intense bruit de la combustion, les pressions de combustion élevées et les pertes mécaniques importantes;
ces dernières étant dues particulièrement au fait que la combustion par à-coups enlève partiellement la pellicule lubrifiante dans les paliers, ce qui provoque des frictions préjudiciables.D'autres procédés de travail pour moteurs Diesel,par exemple ceux dits "à chambre de précombustion" permettent de réduire quantitativement le début'de réaction, et ce en arrêtant, l'injec- tion du combustible dans la chambre de précombustion, ce qui permet d'éviter les modifications subites et brutales de la pression au début de la com- bustion.
Toutefois, le rendement thermique de ces moteurs est plus faible à cause du processus de combustion plus prolongé et, même avec d'importants effets de mélange, on ne peut accélérer le processus de combustion à la fin de celle-ci .En effet'la dissociation du combustible, déterminée par la température, et le processus de déshydrogénation qui y est lié,produisant des molécules sensiblement plus lentes à réagir,même en présence d'oxygène.
De ce qui précède, il ressort que dans les moteurs Diesel,C'est la température trop forte règnant à la fin de;.'la compression, qui provoque le déroulement indésirable de la combustion,mais cette température est pourtant nécessaire pour provoquer l'auto-allumage;
La présente invention propose un nouveau procédé de travail de moteurs à combustion à allumage par compression dans lequel on applique les différentes phases ci-après a) le combustible liquide est injecté dans le cylindre peu avant la fin de la course de compression, b) une partie considérable du combustible injecté, maus au maxi- mum 98%, est étalée directement sur la paroi de la chambre de combustion dont la température est inférieure à celle de la dissociation thermique, mais se situe encore dans les environs de la température d'ébullition du combustible, tandis que le restant du combustible est mélangé' directement à l'air. c) l'étalement, sur la paroi de la chambre de combustion, de la première partie du combustible mentionné en b), se fait sans réflexion,
de façon à humecter de combustible la plus grande surface possible de cette paroi et à y faire adhérer le combustible, d) le degré de compression est choisi de manière à assurer un auto-allumage de la partie du combustible injectée répartie dans l'air, mais néanmoins sans que le combustible étalé sur la paroi s'allume de lûi- même
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1 air de combustion est dirigé de façon connue le long des en- droits de la paroi de la chambre de combustion, rencontrés par le combustible.
Par ce nouveau procédé on évite les principales difficultés,qui jusqu'ici constituaient les inconvénients du procédé Diesel, et qui dans les moteurs à injection directe, économiques, provoquaient le fort bruit de com- bustion lors des subites augmentations de pression, et qui d'autre part rendaient les moteurs "à chambre" moins économiques.Les pré-réactions et les processus de dissociation auxquels était soumis le combustible en suspension dans l'air très chaud, et qui se produisaient pendant le retard d'allumage et le début, de combustion provoquant une forte augmentation de température sont supprimés en empêchant que le combustible soit soumis à un chauffage exagérée ce qui est réalisé en l'étalant sur une paroi de la chambre de com- bustion qui tout en le laissant se vaporiser,
le fait dans des limites de température dans lesquelles il ne se produit pas encore une dissociation de sa molécule.Le combustible s'évaporant de la paroi de la chambre de combus tion conserve donc positivement la même structure moléculaire que le combus- tible initial injecté.La quantité de combustible s'évaporant dans l'unité de temps, est beaucoup moins influencée au contact de la paroi par les fortes différences de température de la masse de gaz dans la chambre de com- bustion du moteur,que si le combustible liquide se trouve en suspension sous forme de gouttelettes dans la masse de gaz.La vaporisation s'effectue quasi isothermiquement dans les limites de température prédéterminées par la tem- pérature de la paroi;
c'est-à-dire que par unité de temps, seule la quantité de combustible ayant absorbé suffisamment de chaleur d'évaporation sur la paroi,peut participer au processus de mélange et de combustion.Ainsi,bien que tout le combustible se trouve dans la chambre de combustion,seule une petite quantité de combustible peut participer à la réaction dans un laps de temps à considérer, et ce alors uniquement sous forme de vapeur.Lorsqu' alors la partie de combustible à l'état de vapeur amenée à réaction pendant le laps de temps considéré, subiquand môme des pré-réactions, ces derniè- res n'intéressent que de petites quantitésoLe même processus de réaction qui dans le moteur Diesel, se transmet de façon imposée et immédiatement,à tout le combustible,
et provoque les pré-réactions spontanées accompagnées de lents effets de post-combustions s'étend maintenant à un grand nombre de petites quantités qui reproduisent successivement le même 'processus.Les moments d'accélération engendrés par la pré-réaction existent donc aussi -' bien à la fin de cette combustion en chaîne quau début.On obtient ainsi une vitesse de combustion uniforme,tandis que suivant les besoins,on peut commander tout le déroulement du processus en réglant la vitesse de vapori- sation par la température de la'paroi.
Dans ce procédé se déroule encore le processus suivant: l'étale- ment du combustible sur la paroi de la chambre de combustion le protège d'un chauffage excessif et, dans une certaine mesures il est "refroidi".
Le processus de vaporisation qui n'affecte que dee quantités partielles, laisse subsister un mélange vapeur de combuâtible-air, dont le point d'allumage est si élevé qu'il ne peut plus être allumé par la température de compression,contrairement à ce qui se produit dans les moteurs Diesel, dans lesquels le combustible est injecté dans l'air porté à une températu- re de loin supérieure à celle de l'allumage, ce combustible à l'état ,de vapeur ayant le point d'allumage du liquide. (On sait que le point d'allu- mage de la vapeur à l'état naissant est le même que celui du liquide ).Il est probable que dans ce processus,la différence entre le point d'allumage de la vapeur du combustible finement divisé et du combustible étalé sur la paroi,est également un conséquence de l'état de la vapeur du combustible.
La chaleur qui pénètre dans une gouttelette en suspension ne peut d'abord que former un mélange de vapeur humide autour de la gouttelette, le proces- sus d'évaporation en tant que tel exigeant trop de chaleur pour surchaoffer
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rapidement la vapeur de combustion avant le début de la réaction.Cependant dans le cas de l'étalement sur la pareille combustible reçoit de cette der- nière la;
majeure partie de la chaleur nécessaire à la vaporisation, et comme il n'y a toujours qu'une partie du combustible qui peut se mélanger à la totalité de l'air dans la chambre, il se produit avant le début de la réac- tion lors du processus de mélange avec l'air de combustionyun mélange formé de vapeur de combustible surchauffée et d'air, dont le point d'allumage est beaucoup plus élevé que celui du mélange de vapeur humide qui, on le sait,
a le même point d'allumage que le combustible'liquide Ce phénomène a pour conséquence un déroulement totalement différent de la pré-réaction et con- stitue d'autre part une caractéristique essentielle du moteur à combustion fonctionnant suivant le procédé conforme à la présente invention en ce que l'allumage cesse immédiatement lorsqu'on supprime la partie du combustible répartie dans l'air, c'est-à-dire quand le combustible est étalé à 100% sur la paroi.
Suivant l'invention l'allumage se fait dans l'air de combustion comprimé sous forme d'auto-allumage de la partie du combustible répartie dans l'air.Il est clair que Inefficacité du procédé (économie, combustion silencieuse, douceur de la progression de la pression,moindre coloration des gaz d'échappement) est d'autant meilleure qu'on arrive à limiter à une partie aussi faible que possible du combustible introduit,l'allumage qui doit bien se faire en passant parla réaction genre Diesel, en soi indési- rable, du combustible réparti dans 1-1-air.Il est clair qu'on ne peut étaler le combustible à 100% sur la paroi, l'allumage ne pouvant alors plus se produire,
en effet lé combustible reste alors sur la paroi à une température trop basse pour pouvoir subir erccre suffisamment vise le processus 'de dis- sociation et les pré-réactions nécessaires à l'allumage.
Plus l'amenée d'air aux endroits déterminés est avantageement réalisée, plus la quantité de combustible étalée sur la paroi peut être grande.
Les avantages qui peuvent être obtenus par le nouveau procédé de travail, soht: une combustion se déroulant calmement et sans à-coups une meileure économie due à la réduction despertes mécaniques par fric- tion dans le moteur,une fin prompte de la combustion malgré la faible vitesse du début de la réaction, une très bonne utilisation de l'air,une moindre coloration des gaz d'échappement surtout à charge partielle et aussi un déroulement avantageux de la combustion quelles que soient les dimensions des chambres de combustion et le nombre de tours du moteur.
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The present invention relates to a working method for combustion engines.
In the current state of the art, a main distinction is made between the working methods for combustion engines listed below:
1.) the "Otto" process 2.) the "Diesel" process
3.) the "incandescent cylinder head" process
4.) the "medium pressure" process.
The Otto process, used mainly for a volatile fuel, provides for the formation of a mixture of fuel vapor and air during suction, that is to say that this mixture is formed in a carburetor at outside the engine, or in current embodiments, this mixture is formed by injecting fuel, by means of an injector in the suction pipe or in the cylinder. In any case, we try to obtain, during the suction stroke, a mixture of liquid fuel and air as intimate as possible, in order to have sufficient time to form a mixture of fuel vapor and air as homogeneous as possible. mixture, ready to burn, is done by an external source of ignition. As one works with a mixture ready to burn,
the Otto process is linked to a degree of coqpression which makes it impossible to self-ignite the mixture. From a thermodynamic point of view, this presents drawbacks, the cause of which is the close relation existing between the thermal efficiency and the degree of compression.
In the diesel process it is considered that it is necessary, as far as possible, in the same way, to form as quickly and as closely as possible, the mixture of the fuel injected in the liquid state and of the combustion air present. in the cylinder, this formation taking place in an extremely short time at the end of compression, a time determined by the delay in ignition of the fuel. A whole series of combustion chambers of different shapes called pre -combustion "," with all bubbling "," air accumulation "," direct injection "etc. All these mixture formation processes in Diesel engines have in common that they aim to achieve intimate mixing and rapid, aforementioned, of fuel and combustion air,
and this in the short time available before the start of the expansion stroke. The Diesel process requires fuel sufficiently prompt to ignition so that the heat of compression can ignite it.
In the so-called "incandescent cylinder head" processes, part of the heat necessary for self-ignition, and which in the diesel engine is only obtained by the degree of compression, is supplied by several places of the gasket. combustion chamber brought to high temperature.In the incandescent cylinder head process, the degree of compression is lower than that of the Diesel process, which, although offering mechanical advantages, nevertheless presents drawbacks from the thermodynamic point of view, due to thermal efficiency which becomes worse because it depends on the degree of compression. We know that in an engine with an incandescent cylinder head there is no self-ignition as in a Diesel engine. if we remove the hot spots from the cylinder head,
the engine stops as in the Otto engine when the electric ignition is interrupted.
In order to obtain sufficient homogeneity of the fuel, the so-called "medium pressure" process departs from the self-ignition process of the diesel engine and, just like in the Otto process, it provides for this purpose an ignition, generally electric. However, the mixture is formed much like in diesel engines, that is to say only at the end of the stroke.
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compression and immediately before ignition. In medium pressure engines, too, the heat of compression is not sufficient to ignite the final mixture of fuel vapor and air.
The common characteristic of the aforementioned processes is the formation, before the start of ignition, of a ready-to-burn mixture as complete as possible; only the quantity of fuel already transformed into vapor when ignition begins differs in these processes. Vaporization is greatest at this time in the Otto and incandescent cylinder head processes; in the medium-pressure process only a small part of the fuel is vaporized at the start of ignition, and in the diesel process, too, only part of the fuel can be vaporized.
In diesel engines, the temperature is actually so high that the self-ignition temperature of the mixture formed is exceeded as a result of the degree of compression, and after the pre-reaction ignition takes place immediately and automatically, without that this process can still be regulated from the outside.
However, the moment of the formation of the vapor-air mixture is essential for the progress of the combustion. In fact, the molecular pre-reactions which are closely dependent on it predominantly determine the subsequent progress of the combustion. the appearance of knocking in an Otto engine, the progression of compression, due to the relaxation of the burnt part, causing premature reactions or pre-reactions in the rest of the mixture which is not burned, but ready to be burned,
and then resulting in a spontaneous reaction of all the remaining part. The significance of these pre-reactions appears here very clearly and their existence is in short the reason why the Otto process is linked to the maintenance of a degree of compression of the mixture, relatively low.
The occurrence of pre-reactions, however, depends on certain pressure and temperature conditions in the combustion chamber, and on a certain duration of the influence of these conditions on the mixture. If a ready-to-burn mixture is already formed during the suction stroke, there is always sufficient action time in the Diesel engine this time is shorter, but the pressure and temperature are not against higher.
In this case also the pre-reactions are frequent.
However, the tendency to use the fuel to the maximum inevitably leads to the application of processes requiring a maximum degree of compression for the thermal efficiency to be within advantageous limits. This is why medium pressure engines, or engines with an incandescent cylinder head, cannot fulfill the conditions necessary to use the thermal energy produced to the maximum and they are only advantageous when one considers that the insensitivity of the fuel and low mechanical loads are of greater importance than a specific use of the fuel.
The diesel engine, being the most economical thermal machine, therefore works at a maximum degree of compression and therefore also at the highest temperatures before the start of combustion. As fuel is essentially a hydrocarbon it undergoes in the Diesel process, pre-reactions as well as in the Otto process.
They have a different effect, however, mainly because the fuel molecule dissociates before the actual combustion.
Two pressures take place in parallel when the liquid fuel is injected into the hot compressed air of the diesel engine. The first is the physical mixture with the air. In today's diesel engines, this process is promoted by the shape of the combustion chamber. or by the movement of the air generated so that during the little time available
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ble the fuel which is still liquid is sufficiently distributed in the air present in the combustion chamber. However, this does not cause molecular mixing. In addition to the aforementioned mechanical distribution process, it also makes mention, as process;
physical9 diffusion which favors the formation of the mixture and thanks to which one obtains yet a further distribution of the fuel vapor in the ambient combustion air, vapor produced in the meantime by the heating of the finely pulverized fuel. This process is also too slow to obtain even a weak molecular mixture. This is the reason why, in a diesel engine one finds, at the start of ignition, fuel in all its forms, the liquid phase and the gaseous phase in a humid and superheated state. A heterogeneous reaction is therefore imposed, unlike a homogeneous reaction in a gas-air molecular mixture. This difference is decisive for the acceleration undergone by the reaction under the effect of temperature.
The better one succeeds in obtaining a homogeneous reaction of the gases, the greater the acceleration due to temperature. These purely physical processes take place in part during the ignition delay; and also in part during the combustion process itself. An acceleration of their course under the effect of temperature occurs only to a relatively small extent. Therefore, the course of physical processes cannot be significantly accelerated. by increasing the temperature.
However, chemical modifications also take place in the injected fuel, in parallel with the aforementioned physical processes. These chemical modifications are due to the great heating of the fuel by contact with the air in the combustion chamber or by radiation. the temperature of the air in the combustion chamber is much higher than that of the ignition point of the liquid fuel or of the fuel vapor thus formed in the nascent state. However, before a reaction can occur with the oxygen in the combustion air, a certain time elapses, known as "ignition delay".
If during the ignition delay molecular mixing could not occur - which is very likely - there is no combustion due to lack of oxygen but the molecular structure of the fuel is destroyed and dissociates into different parts which by their reactions are totally different from the initial fuel. On the other hand, this dissociation process is necessary for the initiation of the ignition, the destruction of the molecule creating favorable conditions for the action of oxygen.
These chemical processes, mentioned briefly, which in detail are significantly more complex, undergo, under the influence of temperature, a considerable acceleration, unlike physical processes, for example, for a temperature increase of 5400 at 7000 C the reaction ratio increases a hundredfold. The temperature increases which occur in the combustion chamber at the start of combustion are, however, much larger than the above-mentioned temperature increases of sprte than the speed of the processes. chemical depends to a very large extent on temperature. This means that at high temperatures, all ignition;
only the fraction determined by physical processes is still important, while at lower temperatures it is the ignition delay determined by chemical processes that is important.
These points have the following influence on the working mode of the engine: Within the working limits of the engine the phimic processes take place significantly faster than the physical processes. Therefore, the chemical dissociation of the fuel occurs before, in order to obtain a complete reaction, a sufficient quantity of oxygen could have been placed in contact with the fuel, thanks to the process of physical mixing. The processes of 'dissociation which begin, nevertheless leave a
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ever greater quantity of parts of molecules the better able to react, which they do immediately when they come into contact with oxygen,
so that the combustion process of a diesel engine is characterized by a very high initial combustion speed, which causes a sudden and powerful increase in the pressure in the combustion chamber. In addition, as a result of dissociation and heterogeneous mixing state, chemical processes also include dehydrogenation of the fuel molecule, produced by the withdrawal of hydrogen from the little oxygen available at the premature start of fuel. the dissociation of the fuel, so that the hydrogen reacts first and that molecules are formed, always rich in carbon, but perceptibly less active on combustion than the initial fuel. Thus, despite the,
post-combustion phenomena described and caused by the formation of dehydrogenated molecules which are not very active on combustion, an advantageous efficiency can only be achieved in a diesel engine by using the high initial speed of combustion. is that in this way an advantageous combustion time is obtained from the tnermodynamic point of view. Such a process is most advantageously carried out in so-called "direct injection" engines, but while then accepting the intense noise of the combustion, high combustion pressures and significant mechanical losses;
the latter being particularly due to the fact that the combustion in spurts partially removes the lubricating film in the bearings, which causes harmful frictions. Other working methods for Diesel engines, for example those known as "with precombustion chamber" allow the start of the reaction to be reduced quantitatively, by stopping the injection of fuel into the precombustion chamber, which makes it possible to avoid sudden and sudden changes in pressure at the start of combustion.
However, the thermal efficiency of these engines is lower due to the more prolonged combustion process and, even with strong mixing effects, the combustion process cannot be accelerated at the end of it. dissociation of fuel, determined by temperature, and the associated dehydrogenation process, producing molecules that are significantly slower to react, even in the presence of oxygen.
From the foregoing, it emerges that in diesel engines, it is the too high temperature prevailing at the end of the compression, which causes the undesirable course of the combustion, but this temperature is nevertheless necessary to cause the compression. self-ignition;
The present invention provides a new method of working compression ignition combustion engines in which the following different phases are applied: a) the liquid fuel is injected into the cylinder shortly before the end of the compression stroke, b) a considerable part of the injected fuel, minus a maximum of 98%, is spread directly on the wall of the combustion chamber, the temperature of which is lower than that of thermal dissociation, but still in the vicinity of the boiling temperature of the fuel, while the remainder of the fuel is mixed directly with air. c) the spreading, on the wall of the combustion chamber, of the first part of the fuel mentioned in b), takes place without reflection,
so as to moisten the largest possible surface of this wall with fuel and to make the fuel adhere to it, d) the degree of compression is chosen so as to ensure self-ignition of the part of the injected fuel distributed in the air, but nevertheless without the fuel spreading on the wall igniting itself.
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The combustion air is directed in a known manner along the places of the wall of the combustion chamber encountered by the fuel.
This new process avoids the main difficulties, which hitherto constituted the drawbacks of the Diesel process, and which in direct injection engines, economic, caused the strong combustion noise during sudden pressure increases, and which on the other hand made "chamber" engines less economical. The pre-reactions and dissociation processes to which the suspended fuel in very hot air was subjected, and which occurred during the ignition delay and onset, combustion causing a sharp increase in temperature are suppressed by preventing the fuel from being subjected to excessive heating, which is achieved by spreading it over a wall of the combustion chamber which, while allowing it to vaporize,
does so within temperature limits in which dissociation of its molecule has not yet taken place. The fuel evaporating from the wall of the combustion chamber therefore positively retains the same molecular structure as the initial fuel injected. The quantity of fuel evaporating in the unit of time is much less influenced on contact with the wall by the large temperature differences of the mass of gas in the combustion chamber of the engine, than if the liquid fuel is found in suspension in the form of droplets in the mass of gas. Vaporization takes place almost isothermally within the temperature limits predetermined by the temperature of the wall;
that is, per unit of time, only the amount of fuel that has absorbed enough heat of evaporation on the wall, can participate in the mixing and combustion process, so although all the fuel is in the combustion chamber, only a small quantity of fuel can participate in the reaction in a period of time to be considered, and then only in the form of vapor. When then the part of the fuel in the vapor state reacted during the lapse of time considered, subject even to pre-reactions, these last only concern small quantities o The same reaction process which in the Diesel engine is transmitted in a compulsory and immediate way, to all the fuel,
and causes the spontaneous pre-reactions accompanied by slow post-combustion effects now extends to a large number of small quantities which successively reproduce the same 'process. The moments of acceleration generated by the pre-reaction therefore also exist -' well at the end of this chain combustion than at the beginning. A uniform rate of combustion is thus obtained, while, according to requirements, the whole course of the process can be controlled by regulating the vaporization rate by the temperature of the wall. .
In this process the following process still takes place: the spreading of the fuel on the wall of the combustion chamber protects it from overheating and to a certain extent it is "cooled".
The vaporization process, which affects only partial quantities, leaves a vapor-fuel-air mixture, the ignition point of which is so high that it can no longer be ignited by the compression temperature, contrary to what occurs in diesel engines, in which fuel is injected into the air brought to a temperature far greater than that of ignition, this fuel in the state of vapor having the ignition point of the liquid . (It is known that the ignition point of the incipient vapor is the same as that of the liquid). It is probable that in this process the difference between the ignition point of the fuel vapor finely divided and fuel spread over the wall, is also a consequence of the vapor state of the fuel.
Heat entering a suspended droplet can only first form a mixture of wet vapor around the droplet, the evaporation process as such requiring too much heat to superheat.
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quickly the combustion vapor before the start of the reaction. However, in the case of spreading on the same fuel receives from the latter the;
most of the heat required for vaporization, and since there is always only part of the fuel that can mix with all of the air in the chamber, it occurs before the start of the reaction during the mixing process with the combustion air, a mixture formed of superheated fuel vapor and air, the ignition point of which is much higher than that of the wet vapor mixture which, as we know,
has the same ignition point as the liquid fuel This phenomenon results in a completely different course of the pre-reaction and is also an essential characteristic of the combustion engine operating according to the process according to the present invention in that the ignition ceases immediately when the part of the fuel distributed in the air is removed, that is to say when the fuel is spread 100% on the wall.
According to the invention the ignition takes place in the compressed combustion air in the form of self-ignition of the part of the fuel distributed in the air. It is clear that the inefficiency of the process (economy, silent combustion, smoothness of the increase in pressure, less coloration of the exhaust gases) is all the better as we manage to limit to as small a part as possible of the fuel introduced, the ignition which must be done by passing through the Diesel-like reaction, in itself undesirable, fuel distributed in 1-1-air. It is clear that the fuel cannot be spread 100% on the wall, ignition can no longer occur,
in fact, the fuel then remains on the wall at a temperature which is too low to be able to undergo the dissociation process and the pre-reactions necessary for ignition sufficiently.
The more the air supply to the determined places is advantageously carried out, the greater the quantity of fuel spread on the wall can be.
The advantages which can be obtained by the new working process, soht: a calm and smooth combustion a better economy due to the reduction of mechanical losses by friction in the engine, a prompt end of combustion despite the low speed at the start of the reaction, very good use of air, less coloration of the exhaust gases, especially at partial load and also an advantageous course of the combustion whatever the dimensions of the combustion chambers and the number of engine revs.