Brevet FR2349030A1 — publié le 19771118

L'invention concerne généralement un moteur à combustion interne, et plus particulièrement une chambre de combustion perfectionnée pour ce moteur0 Comme on le sait, on demande beaucoup actuellement un moteur à combustion interne qui soit de structure ou de conception simple et qui produise une pollution très faible. Pour fabriquer un tel moteur qui produise très peu de pollution, à un prix raisonnable, il est nécessaire et hautement souhaitable d'éliminer les composés nocifs à lten- droit où ils sont produits, ctest-à-dire dans la chambre de combustion elle-meme. Dans ce but, on a déjà développé plusieurs procédés, dont l'un des plus simples et des plus efficaces consiste à faire tourbillonner la charge gazeuse ou à l'amener à tourner à l'intérieur de la chambre de combustion, pour promouvoir avec facilité la combustion à l'intérieur de cette chambre. Des études ont montré que, dans une chambre de combustion, lorsqu'une masse rotative de gaz est allumée par une étincelle produite au voisinage de la périphérie de la chambre, un noyau de flamme ainsi produit a une forme irrégulière, croissante, en forme de segment, qui se déplace vers l'axe de rotation. Ce noyau de flamme se transforme en une masse tournante au niveau de l'axe de rotation et se propage ensuite vers l'extérieur sous forme d'un front de flamme vers les extrémités de la chambre. Onaégalement observé qu'une vitesse trop élevée de rotation des gaz étouffe la flamme. On comprend donc qu'au dessus d-'une valeur supérieure ou première valeur de tourbillonnement, la combustion n'est pas à un optimum en raison de l'extinction, etqlSn dessous une seconde valeur ou valeur inférieure , la combustion est sensiblement égale à celle d'une charge ne tournant pas. De plus, pour faire démarrer le tourbillon, il est nécessaire d'introduire la charge dans la chambre de combustion de telle sorte qu'elle ait une composante verticale très faible et une composante horizontale importante (lorsque 11 axe du cyclindre est considéré comme vertical). Pour cette introduction, il est nécessaire d'utiliser un passage d'admission ou orifice d'admission agencé de façon à entre seulement légèrement incliné par rapport à l'axe du cyclindre et/ou des moyens de direction d'écoulement agencés dans l'orifi- ce d'admission et/ou des soupapes d'admission enveloppées ou voilées.Toutefois, dans certain cas, le taux de tourbillonnement ainsi produit n'est pas adéquat et doit titre augmenté par utilisation de zones de giclement extremement importantes. Ces zones, comme on le sait bien, sont également des zones d'extinction, qui augmentent la quantité d'hydrocarbures imbrûlés provenant de la chambre de combustion. Dans certainoechambroede combustion, dans lesquelles il est souhaitable de produire un tourbillon, un ensemble compliqué de soupapes est nécessaire; par exemple dans une chambre de combustion hémisphérique il est habituel que l'on utilise un agencement de soupapes en V. Cela nécessite naturellement des cames en titre jumelles, relativement coûteuses et complexes, ou bien un agencement équivalent de bras de culbuteur. Un autre problème inhérent aux chambres de combustion hémisphériques concerne la disposition des soupapes, particulièrement celle des soupapes d'un grand diamètre, en raison de la forme incurvée de la chambre.Ce problème se retrouve également dans le cas d'une structure à tête plate,parce que, pour obtenir un tourbillon, il est important d'introduire la charge, comme précédemment décrit, sous un certain angle pour faire débuter le mouvement de rotation ou de tourbillon de la charge gazeuse. Cela se traduit par un agencement d'orifice et de siège de soupape qui est indésirablement complexe. Une chambre de combustion en forme de coin ou de triangle rend toutefois possible d'utiliser un agencement simple de soupapes en ligne ou parallèles, et donne une surface plate inclinée permettant au mieux lzoduction angulaire de la charge gazeuse et l'utilisation de soupapes de grandes tailles citées plus haut; cela donne un grand intérêt à la chambre de combustion en forme de coin ou de triangle, du point de vue de la simplicité et du prix de revient. Jusqu'à présent toutefois, ce type de chambre de combustion a présenté l'inconvénient que le tourbillon qui est facilement produit et en généralcFdestproduit de façon satisfaisante, disparait juste au moment ou le piston approche du point mort haut, c'est-à-dire à l'instant où le tourbillon doit être de préférence maintenu ou augmenté à une valeur optimale de sorte que l'allumage de ce tourbillon produit un noyau de flammes et un front de flammes résultant qui s'étale autour de la chambre de combustion comme précédemment décrit, en produisant ainsi une combustion rapide et assez complète du mélange air-carburant ou de la charge gazeuse.La raison de l'arrêt du tourbillon et de l'absence consécutive de la formation résultante du front de flammes peut être attribuée à l'étranglement de liécoulement des gaz à travers la partie étroite ou aiguë de la chambre de combustion en forme de coin ou de triangle lorsque le piston est au point mort haut ou au voisinage de celui-ci. L'invention concerne donc particulièrement une chambre de combustion en forme de coin ou de triangle, avec ses caractéristiques souhaitables inhérentes telles qu'un faible prix de fabrication, pourvue d'un piston ayant une cavité de forme qui supprime l'étranglement d'écoulement des gaz dans la partie étroite ou aigus de la configuration en forme de coin ou de triangle de telle sorte que, avec l'assistance optimale d'une quantité minimale de giclement (qui réduit les surfaces d'extinction produisant les hydrocarbures imbrûlés), on-obtient un taux élevé de tourbillons au point mort haut et au point d'allumage, pour donner une combustion très efficace. Une caractéristique importante de la combustion rapide provoquée par le tourbillonnement des gaz de combustion est une température de combustion pas trop élevée en pointe, par laquelle, si on encourage ce phénomène encore par l'addition de certains gaz inertes par exemple par recyclage de gaz d'échappe- ment, la quantité d'oxydes d'azote est réduite de façon trèsimportante. Cela, en combinaison avec la combustion particulièrement efficace (ce qui réduit la production des hydrocarbures et du monoxyde de carbone) permet d'obtenir pratiquement un moteur "propre". Naturellement, ce moteur peut être suivi d'un réacteur thermique, d'un convertiseur catalytique ou d'un collecteur d' & chappement isolé qui sert de réacteur thermique si une réduction ultérieure des composés nocifs est jugée nécessaire. L'invention a donc pour principal objet un moteur à combustion interne comprenant une chambre de combustion qui procure un degré désiré de -tourbillonnement au point mort haut et à l'instant d'allumage pour réaliser une combustion efficace de la charge gazeuse comprise dans ladite chambre. L'invention a également pour objet un moteur à combustion interne comprenant une chambre de combustion qui donne un dégré désiré de tourbillonnement au point mort haut et au point d'allumage d'une charge contenant des gaz d'échappement recyclés, pour promouvoir une combustion efficace et éliminer les risques de mauvais allumages provoqués par la présence des gaz d'échappement recyclés. L'invention a encore pour objet un moteur à combustion interne dans lequel la complexité mécanique de la tête de cylindre et du bloc de cylindre est réduite, pour réduire le prix de revient de ces derniers. L'invention propose donc un moteur à combustion interne à piston alternatif, comprenant un agencement d'admission d'air destiné à produire une charge combustibleWqui tourbillonne autour de l'axe du cylindre, une tête de cylindre qui comprend une cavité en forme de coin ou de triangle, et un piston qui comprend une cavité en forme de coin ou de triangle, l'agencement des cavités du piston et de la tête de cylindre étant tel que les surfaces opposées de chacune de ces cavités sont sensiblement parallèles, et que le tourbillon de la charge peut poursuivre un trajet d'écoulement toroidal lorsque le piston est à son point mortIut, le plan du trajet d'écoulement toroidal étant incliné par rapport à l'axe du cylindre. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaltront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre, faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe verticale d'un moteur à combustion interne comprenant une chambre de combustion selon l'invention; - la figure 2 est une vue schématique en perspective de la chambre de combustion représentant le trajet d'écoulement de la charge gazeuse pendant la course d'admission, avec le piston au point mort bas ou proche de celui-ci;; - la figure 3 est une seconde vue schématique en perspective de la chambre de combustion, représentant le trajet d'écoulement de la charge gazeuse, le piston étant sensiblement au point mort haut. On se rapportera à la figure 1 dans laquelle la référence 1 désigne une tête de cylindre qui est fixée à un bloc cylindre 2 de la façon habituelle. Un piston 3 est monté coulissant en mouvement alternatif dans le cylindre ou alésage formé dans le bloc 2. Une chambre de combusion 4, en forme de coin ou de triangle est formée dans la tête de cylindre 1 et est destinée à communiquer avec un passage ou orifice d'admission 5 par une soupape d'admission 6. La soupape d'échappement et le passage d'échappement ne sont pas représentés, pour simplifier le dessin.Une bougie d'allumage 7 est disposée à travers la tête de cylindre 1 comme représenté de façon à s'étendre à l'intérieur de l'extrémité large ou l'extrémité ronde de la configuration en coin; et une cavité 8 est formée dans la surface supérieure du piston et est, comme représentée, conformée de façon à être semblable à la configuration en coin ou en triangle précitée, mais en étant agencée de telle sorte que l'extrémité large ou ronde de la cavité 8a corresponde à l'extrémité pointue ou aigus 4a de la configuration en coin de la chambre de combustion formée dans la tête de cylindre 1, et vice versa. En figure 2, on a représenté le trajet d'écoulement de charge introduite par la soupape d'admission ouverte 6. Comme on peut le voir, le passage ou orifice d'admission est incliné par rapport à l'axe de l'alésage dans lequel le piston est disposé. Ainsi, les gaz tendent à s'éc-ouler sur un côté de la chambre de combustion, et suivent ensuite un trajet en spirale dirigé vers le bas pour venir contacter la face ou surface supérieure du piston. Les gaz commencent ainsi à tourbillonner, et comme on le voit mieux en figure 3, suivent une configuration sensiblement toroïdale (légèrement inclinée par rapport à l'axe du cylindre lorsque le piston se déplace vers le haut pendant la course de compression). Quand le piston approche et/ou atteint le point mors mortun phénomène de giclement provo- qué par une surface de giclement désignée généralement par la référence 9, a lieu, ce qui ajoute au moment angulaire des gaz tourbillonnants.L'instant d'allumage peut être prévu de telle sorte que l'allumage a lieu juste avant, juste après ou pendant le giclement selon ce qui s'accorde le mieux aux modes de fonctionnement du moteur à ce moment. A la suite de l'allumage, le noyau de flammes prend la forme décrite plus haut, et est étalé autour du périmètre de la chambre de combustion par le moment angulaire des gaz tourbillonnants, pour réaliser un allumage sur de toute la charge gazeuse, le front de flammes se propageant également simultanément dans le milieu de la chambre de combustion. Le mode d'allumage précité est également très avantageux dans le cas où on utilise un recyclage de gaz d'échappement, en donnant un allumage sur de la charge, malgré le mélange avec une quantité relativement importante de gaz d'échappement supprimant les oxydes d'azote. Avec cette configuration de chambre de combustion, il est également possible de faire fonctionner le moteur sur un mélange air-carburant plus pauvre que le mélange stoechiométrique, le tourbillon provoquant un allumage sur également dans ces conditions. Cela se traduit par une réduction souhaitable de la consommation de carburant. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutée suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne à piston alternatif, comprenant un agencement d'admission d'air destiné à produire une charge de combustible qui tourbillonne autour de l'axe du cylindre, une tête de cylindre qui comprend une cavité en forme de coin ou de triangle, caractérisé par un piston comprenant une cavité en forme de coin Qu de triangle formée dans ce piston, l'agencement des cavités dans le piston et dans la tête de cylindre étant tel que les surfaces opposées de chacune des cavités sont sensiblement parallèles, et-que le tourbillon de la charge peut poursuivre un trajet d'écoulement de forme toroidale lorsque le piston est au point mort hau41pplan du trajet d'écoulement toroïdal étant incliné par rapport à l'axe du cylindre. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tête de cylindre et le piston sont formés avec des surfaces qui produisent une surface de giclement au point mort hrtcette surface de giclement ajoutant au moment angulaire de la charge qui tourbillonne selon le trajet d'écoulement toroidal précité. 3. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'unie bougie d'allumage est disposée à travers la tête de cylindre de façon à s'étendre à l'intérieur de l'extrémité arrondie ou obtuse de la cavité en forme de coin ou de triangle formée dans la tête de cylindre et à être tournéevers le chemin d'écoulement toroïdal précité. 4. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tête de cylindre comprend un agencement de soupapes en ligne. 5. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agencement d'admission d'air précité comprend un passage d'admission qui est agencé de façon à délivrer une charge à l'intérieur de la cavité en forme de coin ou de triangle formée dans la tête de cylindre, avec un certain angle par rapport à l'axe du cylindre.