Brevet FR2474585A1 — publié le 19810731

PROCEDE DE COMMANDE DE COMBUSTION, APPLICABLE A DES MOTEURS DIESEL POUR L'UTILISATION D'ETHANOL OU DE METHANOL COMME CARBURANT. La présente invention concerne un procédé de commande de combustion, applicable à des moteurs diesel pour l'utilisation d'éthanol ou de méthanol comme carburant. La crise actuelle d'énergie, qui est le résultat de la montée permanente des prix du pétrole, a déclenché un certain nombre de travaux de recherche pour l'utilisation d'autres sources de combustibles. Les alcools jouent un rôle important dans ces études du fait que ces combustibles proviennent de sources renouvelables, à la différence des dépôts fossiles qui sont néces- sairement limités et sujets à un appauvrissement. L'utilisation d'alcools comme carburant pour des moteurs diesel a fait l'objet de recherches par plusieurs institutions et les résultats obtenus ont été présentés dans de récents symposiums concernant d'autres combustibles utilisables, qui se sont tenus à Wolfsburg, République Fédérale d'Allemagne, en Novembre 1977, et à Asilomar, Californie, EtatsUnis d'Amérique, en Mai 1979. La plupart des solutions envisagées dans ces études nécessitent d'apporter des modifications importantes aux moteurs. En outre, seulement quelques con- ceptions permettent d'utiliser l'alcool seul, sans addition d'une certaine quantité d'huile diesel. Une des quelques exceptions adoptées par le passé a consisté à ajouter à l'alcool du nitrate d'amyle ou un produit semblable, qui peut être utilisé virtuellement sans apporter aucune modification aux moteurs courants, niais cependant avec une augmentation de coût provoquée par l'additif. On peut aussi utiliser des huiles végétales comme carburant pour des moteurs diesel, sans avoir àleur apporter des modififications. Cependant, jusqu'à maintenant, les dépenses engagées pour produire de telles huiles ont été trop élevées pour les considérer comme des combustibles de rechange utilisable. A l'heure actuelle, l'éthanol et le méthanol ne sont pas produits en quan- tités suffisantes pour une consommation à grande échelle dans des moteurs, mais il existe cependant des procédés connus pour produire ces combustibles 2 2474585 à partir de charbon, de gaz tels que l'éthane et le méthane, ou bien de bois. La difficulté rencontrée lors de la combustion d'alcools dans des moteurs diesel consiste dans la haute résistance de ces combustibles ou carburants au cognement engendré par les températures et pressions élevées. Cette propriété est normalement mesurée par l'intermédiaire de l'indice d'octane, qui est obtenu par des méthodes normalisées, basées sur une compa- raison de l'isooctane, correspondant à un indice de 100, avec le nheptane, dont l'indice est 0. Plus cet indice d'octane est élevé, mieux le carburant se prête à une utilisation dans des moteurs à allumage par étincelles, pré- sentant des taux de compression élevés. Les indices d'octane de l'éthanol et du méthanol sont tous deux supérieurs à 100. Dans un moteur diesel, l'air est comprimé et, à un instant approprié, le carburant liquide est injecté par l'intermédiaire du système d'injection. Du fait des pressions élevées de l'air fortement comprimé, le carburant est amené dans une condition de 15. combustion spontanée qui amorce le processus de combustion. Habituellement, l'injection d'alcool ne provoque pas une inflammation dans un temps suffisam- ment court pour permettre un fonctionnement normal du moteur. En plus de l'indice d'octane mentionné ci-dessus, les carburantspossèdent une autre propriété, à savoir leur résistance à une pré-inflammation, qui est définie par-l'inflammation d'un mélange de vapeur de carburant et d'air sous l'action d'un corps incandescent se trouvant dans la chambre de combustion. Il est connu que ce phénomène a un effet perturbateur sur les moteurs à allu- mage par étincelle, et peut être provoqué par incandescence de dépôts, par des bougies d'allumage excessivement chaudes, etc. La résistance de carburants à une pré-inflammation est généralement indé- pendante de leur indice d'octane. Dans les cas particuliers de l'éthanol et du méthanol, par exemple, en dépit de leur résistance à l'inflammation pen- dant des périodes relativement longues, à des pressions et températures élevées, ces carburantss'enflamment rapidement sous l'action d'un élément -30 incandescent. En conséquence, il suffit de disposer un élément incandescent, tel * qu'une résistance, dans la chambre de combustion de moteurs diesel pour leur permettre de fonctionner avec de l'éthanol, du méthanol ou un autre carburant ayant des propriétés semblables. Dans des conditions de marche supérieures à un degré de puissance donné, l'élément incandescent peut être remplacé par une simple pièce métallique qui est échauffée par les températures régnant dans la chambre de combustion. L'opération de démarrage peut être effectuée à l'aide d'une résistance ou d'huile diesel. Dans le dernier cas, après échauffement du moteur, on peut passer, comme carburant, de l'huile diesel au méthanol. 3 2474585 Cette simple modification apportée à un moteur diesel classique, permet de le faire fonctionner seulement avec de l'huile diesel, ou bien avec de l'éthanol ou du méthanol pur. Dans le cas de l'éthanol et du méthanol, il suffit d'ajouter environ 1% d'huile de ricin ou d'une substance semblable pour la lubrification du système d'injection. La commutation d'un carburant à l'autre nécessite seulement un réglage de la pompe d'injection de carburant en ce qui concerne le débit maximal de carburant et, occasionnellement, la synchronisation d'injection. La quantité d'éthanol ou de méthanol injecté doit être augmentée par comparaison à la quantité d'huile diesel, du fait que leur pouvoir calorifique minimal est inférieur au pouvoir calorifique minimal de l'huile diesel. La synchronisation d'injection peut être réglée en fonction de différences entre les carburants en ce qui concerne le retard entre l'injection et la combustion. Des modifications plus complexes, qui ont été mises au point actuellement par différents spécialistes, et qui concernent par exemple une double injec- tion de carburant, un mélange alcool-air, une admission de carburant avec injection simultanée d'huile diesel, etc., ne suppriment pas l'utilisation d'huile diesel et permettent de la remplacer par des alcools seulement en quantités de 90 à 50%. Le procédé revendiqué permet d'utiliser alternative- ment de l'éthanol, du méthanol ou de l'huile diesel sans apporter de modifi- cations importantes ou sans faire intervenir des accessoires supplémentaires tels que des pompes d'injection, des buses d'injection de carburant, des dispositifs de dosage, des systèmes de commande, etc. Il suffit de faire intervenir un élément incandescent par cylindre, cet élément pouvant être électrique, ou bien être constitué par une simple pièce inactive qui est enflammée par la chaleur de combustion. Un autre avantage du procédé de combustion selon l'invention consiste en ce qu'il permet de régler le taux de compression du moteur en vue d'obtenir les performances optimales avec la consommation minimale de carburant. Pour assurer un démarrage correct du moteur à froid, la plupart des moteurs diesel courants fonctionnent avec des taux de compression qui sont supérieurs à ceux nécessaires pour obtenir des performances optimales. La présence d'éléments d'incandescence dans les chambres de combustion permet de faire démarrer les moteurs plus aisément avec de l'huile diesel et de l'éthanol ou du méthanol, en autorisant ainsi une diminution du taux de compression jusqu'à des valeurs optimales. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réali- sation décrits ci-dessus qui peuvent faire l'objet de nombreuses variantes. 2474585. REVENDI CATION Procédé de combustion pour l'adaptation de moteurs diesel à l'utili- sation de carburants tels que l'éthanol et le méthanol, caractérisé en ce qu'on pourvoit chacune des chambres de combustion du moteur d'un élément d'incandescence, tel qu'une résistance.