Brevet FR2226558A1 — publié le 19741115

La présente invention se rapporte aux moteurs à combustion interne à quatre temps et concerne plus particulièrement la réduction de la quantité des hydrocarbures imbrûlés (HC) et de lfovyde de carbone (CO) dans les gaz d'échappement de tels moteurs. On sait généralement que le mélange combustible qui se trouve au voisinage des parois de cylindre à relativement basse température ne brûle pas complètement dans un moteur classique à quatre temps, même lorsqutil fonctionne dans les meilleures conditions. L'ouydation des hydrocarbures im brûlés (HC) est activement favorisée lorsque la température de combustion dépasse envoron 800"C, mais la température de combustion dans un moteur à essence classique à quatre temps atteint rapidement une haute valeur après inflammation du mélange et baisse rapidement lorsque les gaz de combustion se dilatent.En conséquence, la haute température à laquelle l'oYydation des hydrocarbures se produit effectivement est de très courte durée, d'où il en résulte un échappement d'hydrocarhires imbrûlés depuis la proximité des pa rois du cylindre. Les émissions d'oYyde carbone (CO), sont réduites lorsque le mélange combustible est plus pauvre que le rapport stoechiométrique air-carburant . Cependant, un tel mélange pauvre est difficilement inflammable, d'où il en résulte un mode instable de fonctionnement du moteur. On a proposé antérieurement un moteur à combustion interne possédant au moins un cylindre dans lequel est logé un piston relié à une ma nivelle, le ou chaque cylindre ayant une chambre de combustion principale dé limitée en partie par ledit piston, une chambre de combustion auxiliaire déca lée latéralement par rapport à l'axe du cylindre et munie de moyens d'alluma ge, des moyens pour fournir un mélange air-carburant relativement pauvre à ladite chambre de combustion principale, des moyens pour fournir à ladite chambre auxiliaire de combustion un mélange air-carburant relativement ri che, et un passage de flamme reliant ladite chambre de combustion auxiliaire à ladite chambre de combustion principale, de sorte que, en fonctionnement, après allumage du mélange dans la chambre de combustion auxiliaire, une flamme traverse ledit passage de flamme pour allumer le mélange dans la chambre de combustion principale. La Demanderesse a découvert qu?il était possible d'améliorer l'efficacité de combustion d'un tel moteur et ainsi de réduire les niveaux d' émission à l'échappement d'hydrocarbures et d'oxyde de carbone par un alignement approprié de l'axe principal de ladite flamme. L'invention a pour objet un moteur à combustion interne, possédant au moins un cylindre dans lequel est logé un piston relié à une manivelle, le ou chaque cylindre ayant une chambre de combustion principale définie en partie par ledit piston, une chambre de combustion auxiliaire décalée latéralement par rapport à l'axe du cylindre et munie de moyens d'allumage, ladite chambre de combustion auviliaire étant définie par une coquille métallique à paroi mince des moyens pour fournir à ladite chambre de combustion principale un mélange air-carburant relativement pauvre, des moyens pour fournir à ladite chambre de combustion auxiliaire un mélange air-carburant relativement riche, et un passage de flamme constitué par une ouverture ménagée dans la paroi de la coquille métallique pour relier ladite chambre de combustion auxiliaire à ladite chambre de combustion principale, de sorte que, en fonctionnement, lors de l'allumage du mélange se trouvant dans la chambre de combustion auuiliaire, une flamme traverse ledit passage de flamme pour allumer le mélange se trouvant dans la chambre de combustion principale, 1' agencement étant tel que l'are principal de ladite flamme passe par ou près d' un point situé au centre de la masse du mélange air-carburant se trouvant dans la chambre de combustion principale lorsque le piston est à 90 après le point mort haut. De préférence, ledit aae princiapl de la flamme coupe une sphère imaginaire qui est centrée sur ledit centre de la masse et dont le rayon est au plus égal à 16/100 du diamètre de l'alésage du cylindre. De préférence, lesdits moyens d'allumage comprennent une bougie d'allumage ayant ses électrodes placées hors d'alignement avec 1' a9e central dudit passage de flamme De préférence, la paroi supérieure de ladite chambre principale de combustion n1 est pas symétrique autour de l'axe du cylindre et possède sa hauteur la plus importante en un endroit situé entre ledit passage de flamme et l'aYe du cylindre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés, sur lesquels la Fig. 1 est une vue en élévation en coupe prise à peu près suivant la ligne 1-1 de la Fig 3, montrant des parties d'un moteur à combustion interne suivant l'invention; la Fig. 2 est un schéma montrant le piston relié à une manivelle à 90e après le point mort haut; la Fig; 3 est une.vue en plan de dessous de la cavité de la culasse qui forme la paroi supérieure de la chambre de combustion principale; la Fig. 4 est une vue en coupe montrant une partie de la Fig; 1 à plus grande échelle. Le moteur à combustion interne représenté possède un ou plusieurs cylindres définis par un alésage 1 et dans chacun desquels est logé un piston 2 définissant une paroi mobile d'une chambre de combustion principale 3; Une chambre auxiliaire 4 est délimitée par une coquille en métal 5 à paroi mince présentant une faible capacité calorifique et une forte conductivité ther mique;; La coquille 5 est maintenue en place au moyen d'une bride d'estrémité 6 serrée dans la culasse 7, et cette coquille présente une première ouverture 8 qui communique avec une bougie d'allumage 9 et une seconde ouverture 10 qui constitue un passage de flamme reliant la chambre de combustion auwiliai- re 4 à la chambre de combustion principale 3 Un passage d'admission Il pour le mélange air-carburant vers la chambre de combustion principale 3 est commandé par une soupape d'admission 12 (Fig 3) et un passage d'admission 13 pour le mélange air-carburant vers la chambre auxiliaire 4 est commandé par une soupape d'admission 14 dont la tete forme une paroi de la chambre 4. Un passage 15 d'échappement de la chambre de combustion principale 3 est commandé par une soupape d'échappement 16. Les trois soupapes qui viennent d'être mentionnées sont montées dans la culasse 7 et actionnées par des dispositifs conventionnels comprenant un arbre à cames 17. On doit noter qu'une grande ouverture 18 est formée dansla culasse au voisinage du passage de flamme 10 de sorte qu'une partie substantielle de la coquille 5 est exposée directement vers la chambre de combustion principale 3. Comme montré schématiquement sur la Fig. 2, le piston 2 est relié à une manivelle 19 par une bielle classique 20. A la fois la Fig. 1 et la Fig. 2 montrent le piston 2 dans une position à 900 après le point mort haut. Lors du fonctionnement du moteur, un mélange relativement pauvre est fourni à travers le passage d'admission Il commandé par sa soupape d'admission 12 dans la chambre de combustion principale 3, et un mé lange relativement riche est délivré à la chambre auxiliaire de combustion 4 à travers le passage d'admission 13 et la soupape d'admission 14. La bougie d' allumage 9 enflamme le mélange riche se trouvant dans la chambre auxiliaire 4 et entrain la projection d'une flamme à peu près à travers le centre du passage de flamme 10 pour allumer le mélange pauvre se trouvant dans la chambre de combustior) principale 3 Les gaz d'échappement de la chambre principale 3 passent à travers le passage d'échappement 15 et une tubulure d'échappement 21 et servent à réchauffer le mélange combustible riche se trouvant dans une tubulure d'admission 22 pour éviter la condensation du carburant sur les parois du passage 13 et de la chambre auxiliaire 4. La culasse 7 est fixée au bloc moteur 23 par des moyens conventionnels, non représentés, avec un joint 24 serré entre eu; On a trouvé que l'aYe principal 25 de la flamme qui passe à travers le passage de flamme 10 après allumage doit être dirigé vers ou près d'un point 26 qui est au centre de la masse du mélange air-carburant se trouvant dans la chambre de combustion principale 3 lorsque le piston est à 900 après le point mort haut, afin d'obtenir une distribution à peu près uniforme de la propagation de la flamme, particulièrement durant les derniers moments du temps moteur.Au contraire, dans les moteurs connus de ce type, la direction dvun tel alre est généralement telle qu'elle avoisine le sommet du piston en position de point mort haut. L'agencement selon la présente invention facilite une meilleure combustion dans les recoins éloignés de la chambre de combustion principale pendant le temps moteur. Plus précisément, on a trouvé que l'axe principal 25 de la flamme doit être espacé dudit centre de la masse d' une quantité qui ne soit pas supérieure à 16/100 du diamètre de l'alésage du cylindre 1.Exprimé en d'autres termes, l'axe 25 de la flamme coupe -une sphère dont le centre 26 se situe au centre de la masse du mélange se trouvant dans la chambre de combustion principale 3 lorsque le piston est à 900 après le point mort haut et dont le rayon 27 n'est pas supérieure 16/100 du diamètre de l'alésage du cylindre. On doit comprendre que puisque le passage de flamme 10 est très court par rapport à sa largeur, la direction de l'axe principal 25 de la flamme n'est pas affectée de façon importante par la direction de l'ase du trou foré qui forme le passage de flamme 10. On doit plutôt croire qu'il est affecté principalement par d'autres paramètres tels que la configuration de la chambre de combustion auxiliaire 4. La chambre de combustion principale 3 est définie à l'intérieur de l'alésage de cylindre I entre le sommet du piston 2 et une surface incurvée 28 qui définit un évidement dans la culasse 7 et constitue la paroi supérieure de la chambre 3 (Fig 2); Des parties de cette chambre de combustion principale 3 sont définies par les têtes des soupapes d'admission et d'échappement. Ledit évidement de la culasse n'est pas symétrique mais présente sa profondeur la plus importante du même côté de l'are 29 de l'alésage 1 que le passage de flamme 10. L'évidement présente une limite circulaire qui coiheide avec l'alésage de cylindre 1 et présente à peu près la même dimension que celui-ci. La bougie d'allumage 9 est placée dans un évidement 30 de telle sorte que ses électrodes 31 sont placées hors du trajet du mélange riche passant à travers la soupape d'admission 14 dans la chambre auxiliaire 4, de façon à éviter d'encrasser ces électrodes Les électrodes 31 sont également placées en ddhors de l'alignement direct avec l'are principal de la flamme, de sorte que le fort écoulement qui se produit depuis la chambre principale 3 jusqu'à la chambre auxiliaire 4 pendant le temps de compression du piston 2 n'entraine pas un mauvais allumage par soufflage de l'étincelle jaillissant entre les électrodes 31. - REVENDICATIONS 1 - Moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un cylindre dans lequel est logé un piston relié à une manivelle, le ou chaque cylindre ayant une chambre de combustion principale définie en partie par ledit piston, une chambre de combustion auxiliaire décalée latéralement de l'ave du cylindre et munie de moyens d'allumage, ladite chambre auxiliaire de combustion étant définie par une coquille métallique à paroi mince, des moyens pour fournir un mélange air-carburant relativement pauvre à ladite chambre de combustion principale, des moyens pour fournir un mélange relativement riche d'air et de carburant à ladite chambre de combustion auuiliaire, et un passage de flamme constitué par une ouverture ménagée dans la paroi de ladite coquille métallique pour relier ladite chambre de combustion auxiliaire à ladite chambre principale de combustion, de sorte que, en fonctionnement, lors de l'allumage du mélange se trouvant dans la chambre de combustion ausiliaire, une flamme traverse ledit passage de flamme pour allumer le mélange se trouvant dans ladite chambre de combustion principale, l'agencement étant tel que l'axe principal de ladite flamme passe par ou près d'un point situé au centre de la masse du mélange air-carburant se trouvant dans ladite chambre principale de combustion lorsque le piston est à 900 après le point mort haut. 2 - Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit ace principal de la flamme coupe une sphère imaginaire qui est centrée sur ledit centre de la masse et dont le rayon est au plus égal à 16/100 du diamètre de l'alésage du cylindre. 3 - Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit a2e principal de la flamme passe à peu près à travers le centre dudit passage de flamme. 4 - Moteur selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que lesdits moyens d'allumage comprennent une bougie d' allumage ayant ses électrodes placées hors d'alignement avec l'axe central dudit passage de flamme. 5 - Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la paroi supérieure de ladite chambre principale de combustion n'est pas symétrique autour de l'are du cylindre, cette paroi présentant sa plus grande hauteur en un point situé entre ledit passage de flamme et l'axe du cylindre.