Brevet FR2355994A1 — publié le 19780120

La présente invention concerne une chambre de combustion placée dans la culasse d'un cylindre,en particulier de moteur à combustion interne à deux temps à injection de combustible, cette chambre étant constituée par unedépression en forme de cuvette excentrée par rapport à un plan diamétral du cylindre, dans laquelle le combustible est injecté suivant la plus grande dimension de la chambre dans laquelle l'air de balayage ou de constitution du mélange combustible forme un tourbillon par écoulement laminaire. Dans les moteurs à combustion interne à deux temps, il y a, en marche à vide ou sous faible charge, plusieurs courses inactives en nombre variable entre les courses motrices car il n'arrive pas à la bougie d'allumage un mélange inflammable d'air et de combustible à chaque tour du moteur au moment de l'allumage. La raison en est un balayage défectueux du cylindre, résultant d'une admission plus faible de gaz frais par le papillon à ouverture réduite. Les gaz brûlés se trouvant dans le cylindre et venant du temps moteur précédent sont ainsi en partie recomprimés. Les gaz résiduels se mélangent plus ou moins complètement avec les gaz frais. Suivant la quantité de gaz frais introduite en fonction de la charge, un nombre variable de balayages est nécessaire jusqu'à ce que la composition du mélange présent entre les électrodes de la bougie satisfasse aux conditions d'inflammation et que la combustion ait lieu. Dans les autres conditions de charge, une partie du combustible amené avec les gaz frais quitte le cylindre avec l'échappement à chaque variation de la charge du moteur. La quantité de combustible sortant ainsi du cylindre dépend du rapport instantané de mélange entre les gaz frais et brûlés, et aussi de la quantité de gaz frais introduits. I1 en résulte , en particulier dans la marche à vide ou à faible charge, une teneur relativement élevée en hydrocarbures dans les gaz d'échappement. I1 existe déjà pour éviter ces inconvénients des moteurs dont la culasse comporte des chambres de combustion dont la forme favorise le brassage des gaz Le brevet allemand 809 266 décrit un moteur de type Diesel dans lequel la culasse comporte une chambre de combustion cylindrique dont l'axe est perpendiculaire à celui du cylindre. L'effet de laminage des surfaces de la culasse et du piston de chaque côté de la chambre de combustion produit dans celle-ci, vers la finde la course de compression, un tourbillon d'air dans l'axe duquel le combustible est injecté. Un inconvénient de cette disposition est que le sommet du piston et la culasse du cylindre présentent des arêtes longitudina- les vives favorisant par nature la détonation, et accroissant ainsi la charge thermique. De plus la construction de la chambre de brassage est compliquée et coûteuse. Enfin cette construction n'est pas applicable aux moteurs à deux temps à allumage externe. Le brevet 14 028 de la République démocratique allemande décrit un moteur à combustion interne à deux temps dans la culasse duquel se trouve une chambre de brassage renversée dans laquelle le flux gazeux de balayage ou d'alimentation est introduit tangentiellement. Cette chambre de brassage est excentrée par rapport au plan diamétral. du cylindre, et symétrique suivant la direction du flux gazeux, et oocupe au maximum les deux tiers de la surface du piston. C'est une cavité profonde en forme de haricot et disposée, d'une part à angle droit par rapport à l'axe du cylindre, et d'autre part obliquement par rapport au canal de l'échappement. La buse d'injection débouche dans la',chambre de brassage sous un angle avec l'axe du cylindre, tel que le jet de combustible injecté soit dirigé dans le même sens que le courant ascendant d'alimentation. Cette disposition présente comme inconvénient que la chambre de brassage se trouve du côté opposé au canal de l1échappement, de sorte que le flux gazeux d'alimentation ou de balayage est dirigé en sens opposé du courant sortant de l'espace laminaire, et qu'il n'y a pas formation sensible d'un tourbillon dirigé. Un autre incon vénient vient de ce que la chambre de brassage est de section relativement forte, et de ce que sa forme en haricot n'est pas favorable a la formation d'un mélange (au sens d'une stratification de la charge). La disposition de la buse d'injection est également défavorable, car le jet de combustible injecté est orienté dans la direction du courant ascendant d'alimentation, ce qui ne garantit pas l'arrivée d'un mélange inflammable à la bougie.De plus, en raison de la pression d'injection nécessaire à la pulvérisation, une partie du combustible est envoyée sur le fond du piston et la paroi du cylindre. La présente invention a pour but l'amélioration du rendement des moteurs à combustion interne à deux temps dans toute l'étendue de leur gamme de fonctionnement, et la réduction de la proportion du combustible quittant le cylindre sans etre brûlée, par suite d une combustion défectueuse ou de variations de la charge du moteur. Le problème à résoudre est de permettre, pour toutes les conditions de marche et avec un rendement élevé, une combustion dans le tourillon engendré dans la chambre de combustion, grâce à une disposition et une construction améliorées de la chambre de combustion et de la buse d'injection, et d'éviter les pertes de combustible au moment des variations de charge. Conformément à l'invention, pour I'obttntion de ces résultats, la chambre de combustion est, de façon connue, placée dans la culasse, au dessus du canal d'échappement et vis-à-vis des canaux de transfert, la chambre de combustion ayant pour base un segment circulaire d'une section transversale du cylindre, et ayant en coupe verticale une section de préférence circulaire, raccordée à la surface de laminage par sa face interne formant un planparallèle à 1' axe du cylindre, ce raccordement se faisant par une arête de laminage, et la buse d'injection faisant un angle avec l'axe de la chambre de combustion, de façon que le jet de combustible soit di- rigé sur la paroi déviant le 9ux d'air de balayage en engendrant le tourbillon,et parallèlement à la face interne de la chambre de combustion. Le diamètre de la section semi-circulaire de la chambre de combustion est, de préférence, inférieur au tiers de l'alésage du cylindre. Le volume de la chambre de combustion est au moins égal à 75 % du volume total de compression, mais de préférence assez grand pour que, au point mort supérieur du piston, l'air comprime forme avec la quantité maximale de combustible injecté un mélange stoechiométrique, ce mélange étant supposé homogène. La bougie est placée de façon à se trouver, non pas dans le jet sortant de la buse d'injection, mais dans la zone de tourbillonnement du mélange combustible. Pour obtenir un meilleur écoulement en direction de la chambre de combustion, la surface de laminage de la culasse et le fond du piston se rapprochent légèrement l'un de l'autre en direction de l'arête de raccordement, de façon à former entre les surfaces de laminage et le piston à son point mort supérieur une chambre de laminage ayant en section une forme prismatique. Avec la construction suivant l'invention, il se forme au voisinage immédiat de la bougie, dans toutes les conditions de marche, quelles que soient la charge et la vitesse du moteur, par injection et stratification, un mélange inflammable en un temps tel que les pertes de combustible au moment des variations de la charge sont supprimées. Le phénomène favorable de stratification est rendu agissant par l'emplacement et la construction de la chambre de combustion et de la buse d'injection. La chambre de combustion est placée symétriquement au dessus du canal d'échappement, de sorte que l'air de balayage s'écoule aussi symétriquement le long de la surface de laminage de la culasse, qui dévie le flux d'air qui prend ainsi la direction du courant laminaire s'établissant ensuite. Grâce au passage sur l'arête vive de raccordement, les gaz brûlés sont expulses de la chambre de combustion.Après la fermeture de l'échappement, l'air de balayage pénètre dans la chambre de compression,et le brassage s'effectue dans cette chambre grâce à l'effet de compression sur la surface delaminage. Le combustible est injecté dans le tourbillon gazeux, de sorte que le brouillard de combustible formé arrive à la bougie d'allumage avant la fin de la période d' injection. Aux faibles vitesses de rotation, la fin de l'injection coin- cide sensiblement avec l'allumage. A la vitesse maximale de rotation, elle ne se produit pas avant le passage du piston au point mort inférieur, les pertes par balayage en combustible non brûlé étant ainsi évitées. L'invention sera exposée plus endetail dans ce qui va suivre sur un exemple de mise en oeuvre. Dans les dessins annexés la figure 1 représente en section diamétrale un cylindre de moteur à combustion interne à deux temps la figure 2 est une coupe suivant la ligne I-I de la figure 1 la figure 3 est une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1. Un moteur à combustion interne à deux temps comprend un cylindre 1, une culasse 2 et un piston 4. A la base du cylindre 1 se trouve un carter, non représenté, contenant un vilebrequin et une bielle. Le cylindre 1 comporte des canaux de transfert 3 et un canal d'échappement 5. Dans la culasse 2 se trouve une chambre de combustion 6, au dessus de l'échappement 5 et du côté opposé aux canaux de transfert 3. La base de la chambre de combustion 6 forme un segment 13 du fond du cylindre, et présente de préférence en coupe verticale une forme semi-circulaire, raccordée à la surface de laminage 7 par sa face interne 14 formant un plan parallèle à l'axe 17 du cylindre, ce raccordement se faisant par une arête de laminage vive 8.La buse d'injection 9 fait un angle avec l'axe 11 de la chambre de combustion semi-circulaire 6, de façon que le jet de combustible qui en sort soit dirigé vers laface externe 15 de la chambre qui dévie le flux d'air de balayageen engendrant un tourbillon, et parallèlement à la face interne de la chambre de combustion. La bougie d'allumage 10 est placée dans la partie supérieure de la chambre de combustion du côté de la face 14,-de façon à se trouver,non pas dans le jet sortant de la buse d'injection 9, mais dans la zone de brassage du mélange air-combustible. La surface de laminage 7 de la culasse 2 est, le long de l'arête de laminage 8 très voisine du fond du piston, de sorte que, quand le piston est à son point mort supérieur, un espace de laminage de forme prismatique 16 est formé entre la surface de laminage 7 et le piston 4. Le diamètre de la section semi-circulaire de la chambre de combustion 6 est, de préférence, inférieur au tiers de l'alésage du cylindre, et le volume de la chambre de combustion est au moins égal à 75 % du volume total de compression. L'air de balayage sortant du canal de transfert 3 est dévié sur la surface de laminage 7, et prend ainsi déjà la direction du courant laminaire qui se formera ensuite. Par son passage le long de l'arête de laminage 8, il expulse les gaz brûlés de la chambre de combustion 6, assurant ainsi un balayage parfait, avec une quan fté négligeable de gaz résiduel dans la chambre de combustion. Les gaz brûlés sont entraînés dans l'échappement 5 avec l'air de balayage. Après fermeture de l'échappement, l'air de balayage est comprimé dans la chambre de combustion 6 par le piston 4 qui remonte. L'effet de laminage du piston 4 sur la surface 7 provoque le brassage dans la chambre de combustion 6. La surface 7 étant légèrement oblique en direction de l'arête de laminage 8, l'espace de laminage 16 se comporte comme une buse, ce qui accroît le tourbillonnement dans la chambre de combustion. Le combustible est injecté dans celle-ci par la buse 9, le jet étant dirigé de façon à être pulvérisé sur la paroi externe 15, et parallèlement à la paroi interne 14. Pour les faibles vitesses du moteur,la fin de 11 injection coincide sensiblement avec l'inflammation par la bougie, tandis que pour la vitesse maximale elle n'a pas lieu avant le passage du piston à son point mort inférieur. Ainsi est évité l'entraînement du combustible non brûlé par l'air de balayage. Le combustible nrarrive jamais directement sur la bougie 10 et celui se trouvant au voisinage de la paroi est néanmoins amené par le brassage au voisinage de la bougie. REVENDCATIONS 1. Chambre de combustion placée dans la culasse d'un cylindre, en particulier de moteur à combustion interne à deux temps à injection de combustible, cette chambre étant constituée par une dépression enfforme de cuvette excentrée par rapport à un plan diamétral du cylindre, dans laquelle le combustible est injecté suivant la plus grande dimension de la chambre dans laquelle l'air de balayage ou de constitution du mélange combustible forme un tourbillon par écou liement laminaire, caracterisé en ce que cette chambre de combustion (6) placee de façon conraedans la culasse (2) du cylindre au dessus du canal d'échappement (5), est disposé vis-à-vis des canaux de transfert (3) et a pour base un segment circulaire (13) d'une section transversale du cylindre, et dans un plan vertical une section de préférence semi-circulaire se raccordant par la face interne (14) de la chambre de ccmbustion (6) à la surface de laminage (7) dans un plan parallèle à l'axe (17) du cylindre , de façon que ce raccordement se fasse par une arête de laminage (8), et en ce que la buse d'injection (9) fait un angle avec l'axe (11) de la chambre de combustion, de façon que le jet sortant de la buse soit dirigé vers la face externe (15) de la chambre de combustion qui dévie le flux d'air de balayage et engendre le tour billonnement, et parallèlement à la face interne (14) de la chambre de combustion. 2. Chambre de combustion placée dans la culasse d'un cylindre suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le diamètre de la section semi-circulaire de la chambre est, de préférence, inférieur au tiers de l'alésage du cylindre. 3. Chambre de combustion placée dans la culasse d'un cylindre suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le volume de la chambre de compression est au moins égal à 75 % du volume total de compression , mais de préférence assez grand pour que, au point mort supérieur du piston, l'air comprimé forme avec la quantité maximale de combustible injecté un mélange stoechiométrique, ce mélange etant supposé homogène. 4. Chambre de combustion placée dans la culasse d'un cylindre suivant la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que la bougie d'allumage (10) est disposez de façon à se trouver, non pas dans le jet sortant de la buse d'injection (9,mais dans la zone de tour billonnement du melange d'air et de combustible. 5. Chambre de combustion placée dans la culasse d'un cylindre suivant la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisée en ce que la surface de laminage de la culasse et le fond du piston sont légère- ment obliques l'un vers l'autre en direction de l'arête de laminage (8), de façon à former entre ladite surface de laminage et le piston (4), au point mort supérieur du piston, une chambre de laminage (16) ayant en section une forme prismatique.