Brevet FR2272265A1 — publié le 19751219

La présente invention, due à la collaboration de Monsieur Jean Pierre RIVERE, se rapporte à une chambre de combustion de moteur å combustion interne å charge stratifiée, et plus particulferement à une chambre de combustion munie d'une préchambre pinacée dans le circuit d'admission du moteur. La charge stratifiée consiste b former dans les chambres de combustion du moteur, au moment de l'allumage, un mélange de richesse hétérogène, riche au voisinage de la bougie et pauvre dans le reste de la chambre, l'allumage aisé par la bougie de la poche de mélange riche qui l'entoure provoquant sa combustion, puis, par extension, celle du mélange pauvre restant. Il en résulte une combustion finale complet, par suite de la faible richesse globale de l'ensemble. Pour obtenir cette charge et cette combustion stratifiées, un moyen connu consiste à introduire le mélange riche dans une préchambre adjacente a la chambre de combustion, avec laquelle elle communique la bougie d'allumage débouchant dans cette préchambre et le mélange pauvre étant introduit simultanément dans la chambre principale de façon classique. Dans ce cas, la configuration des chambres et le réglage de la double admission des mélangea riche et-pauvre assurent la stratification. Cependant, cette disposition n8cessite l'emploi d'un second circuit d'admission spécialisé pour alimenter la préchambre, et conduisant à l'utilisation d'une soupape supplémentaire ou de tout clapet d'admission équivalent. I1 en résulte une complication excessive du dessin des culasses augmentant leur prix de revient, diminuant leur fiabilité et rendant plus difficile la maintenance des moteurs. Un autre moyen connu consiste à utiliser une préchambre borgne non balayée par des gaz frais. Cette disposition est mécaniquement simple mais rend précaire les conditions d'allumage du mélange carburé à cause de la teneur excessive en gaz brûlées résiduels qu'il statère impossible d'évacuer, meme en phase d'échappement. La présente invention, destinée à pallier les inconvénients précités, a pour objet une chambre de combustion munie d'une préchambre comportant un dispositif injecteur d'enrichissement local agissant en phase de compression du piston, ainsi qu'un moyen d'allumage, l'introduction du mélange pauvre s'effectuant par la soupape d'admission, en phase d'aspiration du piston. La principale caractéristique de l'invention reside dans le balayage de la préchambre par le flux de mélange pauvre en provenance de la soupape d'admission. Dans ce but, la préchambre est largement ouverte sur la chambre de combustion et l'ouverture ainsi réalisée se trouve étranglée en fin de compression, avant l'allumage, par une protubérance aménagée sur la tete du piston, la soupape d'admission de mélange pauvre étant située au-dessus de cette protubérance, et débouchant ainsi sur la zone de séparation entre la chambre de combustion et la préchambre. Lors de la phase d'aspiration,l'effacement de la protubérance ouvre donc largement la communication entre la chambre de combustion et la pré chambre, et cette dernière est balayée par le flux de mélange pauvre prove nant de la soupape d'admission, entrainant ainsi les imbrûlés de l'allumage précédent. I1 en résulte une réduction de ces imbrtlés dans la préchambre, ainsi que de l'encrassement de celle-ci. Enfin, dans une variante de réalisation préférée, la soupape d'admis sion de mélange pauvre débouche directement dans la préchambre, ce qd améliore encore le balayage de cette préchambre. D'autres particularités de la présente invention apparaitront égale ment dans la description suivante d'exemples de réalisation d'une telle chambre de combustion de moteur à combustion interne à charge stratifiée, en référence au dessin annexé, sur lequel - la figure 1 représente une vue en coupe d'une chambre de combustion selon l'invention, munie d'une préchambre latérale, la soupape dladmission de mélange pauvre se trouvant située au-dessus de la zone de séparation entre la chambre et la préchambre;; - la figure 2 représente une vue en coupe suivant II-II de la figure 3 d'une chambre de combustion selon l'invention, la soupape d'admission de mélange pauvre débouchant directement dans la préchambre - la figure 3 représente une vue de dessous de la chambre de combus tion illustrée par la figure 2 - la figure 4 représente une vue de dessus d'un piston suivant l'invention, et sur laquelle est schématisé le profil de la lèvre de commu nication entre la préchambre et la chambre de combustion illustrée par la figure 2. Dans l'exemple de réalisation représenté par la figure 1, la chambre de combustion se compose d'une chambre principale 1 et d'une préchambre 2 latérale et contiguë, sans discontinuité, à la chambre principale. La préchambre 2, dont le volume représente environ 10 à 15 % de celui de Ia chambre principale 1, se trouve située à l'opposé de la soupape d'échappement 3 de conception classique. La soupape d'admission 4 de mélange pauvre se trouve placée au-dessus de la zone de séparation entre la chambre principale 1 et la préchambre 2, laquelle comporte un moyen d'allumage 5 et un disposi tif injecteur d'enrichissement local 6 au niveau du moyen d'allumage 5. La tete du piston 7 comporte une protubérance 8 venant se placer en position haute du piston, dans la zone de séparation entre la chambre principale 1 et la préchambre 2, sous la soupape d'admission 4 de mélange pauvre, de manière à étrangler cette zone de séparation sans ltobturer entierement. Lors de la phase d'aspiration, l'effacement de la protubérance 8 du piston 7 ouvre largement la communication entre la chambre de combustion I et la préchambre 2, et cette dernière est balayée par le flux de mélange pauvre provenant de la soupape d'admission 4, entraînant ainsi les impuretés résiduelles de l'allumage précédent. En début de phase de compression, le mélange se trouvant dans la préchambre 2 est enrichi, au niveau du moyen d 'allumage 5, à l'aide du dispositif d'injection 6, le refoulement provoqué par la compression effectuée par le piston 7 s'opposant à la diffusion de cet enrichissement dans l'ensemble du mélange. En fin de phase de compression, la communication entre la chambre principale 1 et la préchambre 2 est étranglée par la protubérance 8 du piston 7, parfaisant ainsi la stratification entre le mélange riche compris dans la préchambre 2 et le mélange pauvre compris dans la chambre principale 1. L'allumage aisé du mélange riche compris dans la préchambre 2 provoque, par propagation, l'inflammabilité du mélange pauvre compris dans la chambre principale 1, dont la combustion s'effectue complètement par suite de la faible richesse globale de l'ensemble. Les phases de détente et d'échappement se déroulent ensuite de manière classique. Le mode de réalisation décrit ci-dessus permet d'obtenir une parfaite stratification de la charge, tout en ayant recours à des moyens simples, n'élevant donc que peu le prix de-revient, par rapport à un moteur à combustion interne de conception orthodoxe. Il est d'ailleurs à noter que le dispositif d'injection 6 situé dans la préchambre 2 peut etre indifféremment un injecteur mécanique ou électromagnétique, ou tout autre clapet à commande directe ou indirecte, son alimentation pouvant titre effectuée soit en carburant liquide ou gazeux (tel qu'hydrogène ou propane), soit en mélange carburé auxiliaire d'entichis- sement. Dans le mode de réalisation préféré représenté par la figure 2, la préchambre 2 est placée dans le circuit d'admission principal 9 où le mélange pauvre est admis par l'intermédiaire de la soupape d'admission 4. La forme de la chambre de combustion est conçue de façon à créer une turbulence durant- la phase de compression. Le circuit d'échappement 10 est conçu de façon classique et il n'est d'ailleurs nullement nécessaire que la soupape dtéchappement 3 soit parallèle à l'axe du cylindre. Un logement 6 pratiqué sur la paroi latérale de la préchambre 2 permet l'implantationsoit d'un injecteur classique de carburant liquide (tel que schématisé sur la figure l),sôit d'un clapet (tel que représenté sur la présente figure 2) permettant l'introduction sous pression, de carburant gazeux ou de mélange carburé auxiliaire d'çnrichissement en début de la phase de compression. La bougie 5, inclinée par rapport à l'axe des soupapes afin de rendre son montage possible, communique avec la préchambre 2 par l'intermédiaire d'un canal 11 de large section et débouchant dans ladite préchambre, face au logement 6 du dispositif injecteur d'enrichissement local, cl façon que le mélange riche balaye la zone d'action de l'étincelle de la bougie.La longueur du canal 11 est déterminée de manière à éviter un contact direct entre les électrodes de la bougie et le carburant injecté par le dispositif d'injection monté dans le logement 6. La tête de piston 7 comporte une protubérance 8 se raccordant au reste de sa face supérieure par un rayon de courbure 12 pratiquement identique à celui du bord inférieur 13 de la lèvre 14 de communication de la préchambre 2, avec la chambre principale 1, de sorte qu'en position de point mort haut du piston, l'espace libre compris entre le piston et la lèvre 14 soit faible et présente une section de quelques dixièmes de mm seulement. De ce fait, la communication entre la préchambre et la chambre principale n'est plus ponctuelle comme dans le cas des réalisations connues où cela représente plutôt un inconvénient, mais linéaire ce qui améliore nettement les conditions d'inflammabilité du mélange pauvre contenu dans la chambre principale.La section de communication entre la préchambre et la chambre principale peut ainsi etre modulée, ainsi que le montrent les figures 3 et 4, de façon à optimiser au maximum les conditions d'inflammabilité du mélange pauvre de la chambre principale. Ladite lèvre 14 peut d'ailleurs être éventuellement rapportée pour faciliter le montage de la soupape d'admission 4 et de son siège. La hauteur de la protubérance 8 de la tête du piston 7 peut entre déterminée de façon à obtenir un temps suffisant d'isolement de la préchambre par rapport à la chambre principale, correspondant approximativement, afin de donner un ordre de grandeur, à 150 de rotation angulaire du vilebrequin. La disposition de la préchambre décrite ci-dessus pallie avantageusement les inconvénients exposés en préambule, car elle permet au flux de mélange pauvre de balayer efficacement ladite préchambre, sans toutefois nécessiter l'emploi d'une soupape supplémentaire par rapport aux réalisations classiques. Elle nécessite cependant l'adjonction d'un moyen annexe d'injection, pour procéder à l'enrichissement local du mélange se trouvant dans la préchambre, en début de phase de compression, ce qui néanmoins ne majore que faiblement le prix de revient par rapport à un moteur de conception classique. Un autre avantage découlant de la disposition de préchambre ci-dessus exposée réside dans le fait, déjà cité plus haut, qu'on peut enrichir le mélange se trouvant dans ladite préchambre, soit en carburant liquide à l'aide d'un dispositif d'injection directe synchrone (tel que schématisé figure 1), soit un carburant gazeux sous pression (hydrogène, propane entre autres) délivré par tout appareil générateur ou de stockage approprié, soit en mélange carburé auxiliaire d 'enrichissement. Dans le cas d'un enrichissement sous forme gazeuse, il peut être fait appel à un clapet 15 commandé par des moyens électromagnétiques ou bien, tel que représenté sur la figure 2, par un arbre à cames 16 disposé latéralement dans la culasse donc de manière très accessible. Comme le clapet 15 n'est que de très petites dimensions, son prix de revient est faible et sa réalisation ne pose pas les problemes technologiques d'une soupape classique supplémentaire. De même3 l'arbre à cames 16 ne représente qu'une élévation de coût modique, car les efforts périodiques qui lui sont appliqués étant beaucoup plus falbles, il ne demande pas les qualités techniques exigées par un arbre à cames classique de commande de soupapes d'admission et d'échappement. D'autre part, la levée du clapet 15 étant faible, de l'ordre du millimètre > - l'extrémité 17 de la queue dudit clapet peut venir en contact direct avec la came 18 correspondante de l'arbre à cames 16, sans interposition d'un poussoir, et les problèmes de réglage de jeu entre la came 18 et l'extrémité 17 de la queue du clapet sont peu critiques, car la durée angulaire d'ouverture dudit clapet ne doit être que de l'ordre de 400 de rotation du vilebrequin. Par ailleurs, l'appareil générateur ou de stockage de carburant gazeux peut etre relié directement au clapet 15, sans interposition de dispositif complexe. REVENDICATIONS 1 - Chambre de combustion de moteur à combustion interne à charge stratifiée comprenant d'une part, une chambre principale située audessus du piston et alimentée en mélange pauvre par une soupape d'admission, et d'autre part une préchambre contenant le dispositif d'allumage et un dispositif d'enrichissement débouchant dans cette préchambre, le passage de communication entre la préchambre et la chambre principale ayant une grande section dont la majeure partie est obturée par une protubérance que porte le piston lorsque celui-ci se trouve au point mort haut, chambre caractérisée par le fait que la soupape d'admission principale du mélange pauvre débouche au moins partiellement dans la préchambre de manière à en assurer le balayage par le flux de mélange pauvre. 2 - Chambre de combustion selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la soupape d'admission de mélange pauvre débouche directement au-dessus de la zone de séparation entre la chambre principale et la préchambre. 3 - Chambre de combustion selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la soupape d'admission de mélange pauvre débouche directement dans la préchambre et alimente ainsi la chambre principale indirectement par l'intermédiaire de la préchambre et dudit passage à grande section durant la phase d'admission.