Brevet FR2359970A1 — publié le 19780224

La présente invention concerne un moteur à combustion interne du type à piston alternatif utilisant une technique d'injection dans laquelle le carburant est injecté, par une buse d'injection, dans un cylindre muni d'un piston le carburant injecté est sou:is à un mouvement d'air rotatif autour de l'axe du cylindre Deux chambres de combustion, réunies par un passage, sont ména gees dans la face supérieure du piston . Le carburant est injee- té dans l'une de ces chambre- de coroustion au moyen d'une buse d'injection. Un tel moteur à combustion interne à pistons alternatifs est décrit dans le Drevet Allemand 2.333.171 correpondant au brevet Américain 3.916.664 du 4 novembre 1975 au nom de EorstmPnn Dans ce moteur à combustion interne connu, les deux chambres de combustion sont disposées cOte à cote dans le piston, elles sont de mêmes dimensions et communiquent ensemble par une fente s'étendant tangentiellement . Dans ce moteur à combustion interne, une combustion incomplète s' s'effectue d'abord à une basse température de combustion dans l'une des chambres de combustion, et une combustion complète et rapide s'effectue dans la seconde cambre de combustion .Du fait de l'air frais disponible dans 12 seconde chambre de combustion, il se produit une oxydation poussée des composants hydrocarbures"CH"et oxyde de carbone"CO" en produits inoffensifs gaz earbonique"CO "et eau"H2O". En dis 2 2 posant les deux chambres de combustion dans un cucul piston, on a réalisé un moteur à combustion interne à pistons alternatifs remarquable non seulement par le fait qu'il n'exige presque pas de modifications, donc que l'augmentation de son cent de fabrication est négligeable, mais encore par le fait qu'il produit une émission de gaz et de bruits d'échappement assez faible ainsi que des températures et des pressions de crête de combustion très basses La présente invention s pour objet de réaliser un moteur à combustion interne à pistons alternatifs du type mentionné ci-dessus permettant, pour une dépense négligeable, à des pressions et à des températures de crête de combustion très basses, et avec une faible émission de gaz et de bruits d'échappement, une meilleure adaptation aux conditions régnantes O Ce problème est résolu, conformément à l'invention, en disposant les chambres de combustion en série sur l'axe longitudinal du cylindre et en faisant en sorte que leur passage commun puisse êtrç commandé et réglé respectivement .Outre les avantages ci-desus, un moteur à combustion interne selon la présente invention permet également une coordination optimale de la pression de crête, de la consommation spécifique de carburant et de l'émission de"IiO2" soit en comman 2 dant, soit en réglant le passage entre les deux chambres de combustion .De cette façon le passage, en combinaison avec le tourbillon de l'air frais aspiré ou des gaz de combustion, respecti- vement, sont les facteurs déterminant tant la qualité que la rapidité des réactions effectuées Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, le passage affecte la forme d'un étranglement central entre les deux chambre de combustion * et étranglement, agissant comme rétenteur, est établi de façon que seules des pertes négligeables, causées par débordement des gaz, pourront se grodaire en ce point Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, cet étranglement aura une forme cylindrique sur une partie, au moins,de sa longueur . il conviendra que la section droite du passage soit établie de façon à pouvoir être obturée, par exemple, par une goupille pénétrant dans 11 étranglement peu de temps avant que le piston n'atteigne son point mort supérieur . Da goupille qui aura pénétré le plus profondément possible, et de façon étanche dans l'étranglement pour produire un effet d'obstruction sans permettre le passage des gaz d'une chambre de combustion à l'au tre, Lerli,et, sans complications, de déclencher prématurément ou tardivement le processus de combustion (se- déroulant pendant la seconde phase de combustion) Ce ::ui précède s'a.liaue en pa--tieulier aux cas où la goupille est constituée par la bused'injection montée sur la culasse de cylindre, cette buse d'injection pouvant alors comporter des or tunes de refroidissement si eela est nécessaire Par un chevauchement correspondant de la goupille ou de la buse d'injection d'une part et de l'étranglement cylindrique d'autre part, il est possible de réaliser la séparation optimale recherchée de la première phase de combustion d'avec la seconde phase de combustion, ce qui donne une faible pression de crotte de combustion et une augmentation de la consommation spécifique de carburant mais une faible émission de"N02". Par contre, un chevauchement réduit produira un déclenchement précoce de la seconde phase de combustion, une pression de crête de combustion plus forte, et une faible consommation spécifique de carburant, mais une plus forte émission de"NO2". Selon le conditions prédominantes etjou les résultats recherchés il sera donc possible de réaliser ou de fixer le chevauchement optimal respeet.f Un mode particulièrement simple de réalisation de l'invention est celui dans lequel l'étranglement est procuré par au moins une pièce rapportée,montée de façon amovible sur le piston. Cette pièce rapportée pourra comporter, par exemple, une pluralité de rondelles plates superposées dont l'alésage central constituera l'é- tranglement . On pourra ajuster à volonté la longueur axiale de 1' étranglement en ajoutant ou en retranchant plusieurs rondelles de façon à atteindre le chevauchement recherché ou l'interaction désirée avec la goupille ou la buse d'injection, respectivement On réalise également un mode de réglage commode en montant la buse d'injection sur la culasse par l'intermédiaire de rondelles amovibles L'invention est décrite ci-après en détail en se référant à deux exemples préférés, non limitatifs, de réalisation représentés sur les dessins annexés Sur ces dessins - la Figure 1 est une coupe axiale verticale d'un premier mode de réalisation conforme l1învention; et - la Figure 2 est une coupe axiale verticale d'un second mode de réalisation conforme a l'invention. La Figure 1 montre une partie du carter 1 d'un moteur à combustion interne à pistons alternatifs 3 représenté partiellement en détail. Dans le carter 1 est placée une chemise de cylindre 2 dans laquelle est logé le piston alternatif 3 ; Ce piston 3 étant représenté à son point mort supérieur Le piston 3 comporte une première chambre de combustion 4 de forme sphéroïdale et une seconde chambre de combustion tronconique 5, située au dessus de la première chambre 4 . Les deux chambres de combustion superposées 4 et 5 communiquent ensèmble par un étranglement ou passage central Ó .Dans la culasse 11, placée au dessus de la seconde chambre de combustion,-ou chambre supérieure, 5, sont disposées une soupape d'admission 7, une soupape d'échappement 8 et une buse d'injection 9 La culasse 11qui loge les soupapes 7 et 8 et la buse d'injection 9, de même que le joint de culasse supérieur 12 placé entre la culasse 11 et le carter 1, sont boulonnés à ce dernier d'une fa çon non représentée en détail . La buse dtinjection 9 est mixée à la culasse il au moyen d'un écrou 20 et d'une ou plusieurs rondelles interposées 10 . La soupape d'admission 7 ainsi qu'un conduit d'admission d'air (non représenté) dans la culasse 11 sont établis de façon que, lorsque le piston 3 décrit sa course d'admission (c'est à dire se déplace de haut en bas,sur la Figure 1), l'air frais aspiré effectue un mouvement tourbillonnaire autour de l'axe longitudinal 13 du cylindre pour engendrer lui-même un mouvement semblable. Le conduit d'admission d'air pourra être conforme à la Demande de Brevet Français déposée ce iour au même nom, revendiquant la priorité de la Demande de Brevet en République Fédérale d'Allemagne n P 26 55554.6 déposée le 26 juillet 1976 me passage 6, qui a la forme d'un étranglement ou d'un point de rétenion, comporte une partie cylindrique 14 suivant la direction de l'axe 13 et une partie chanfreinée 15 à con extrér.ité en re gard de la seconde chambre de combustion, ou chambre supérieure 5, ce chnrein étant dirigé parallèlement à la sone périphéri- que 16 de l'extrémité avant conique 20 de la buse d'injection 9 Sur la Figure 1, la hauteur de la partie cylindrique 14 de l'é- tranglement 6 est indiquée par la référence #S. D'une façon générale, le second mode de réalisation de 1 'inven- tion, représenté à la ligure 2, correspond à celui de la Figure 1 à cette exception près que le passage 6 est constitu par un organe rapporté 18 monté dans le piston 3 . Cet organe rapporté peut comporter une ou plusieurs rondelles plates 19 percées cha cune d'un alésage cylindrique et coaxial formant l'étrangle- ment 6 Dans les deux modes de réalisation, la buse d'injection 9 sera, de préférence, du type à refroidissement par eau pour tenir comote des températures élevées rencontrées dans le fonctionne- ment des moteurs à combustion interne à grande puissance On va maintenant expliquer le fonctionnement d'un moteur à combustion interne à un ou plusieurs pistons alternatifs, incorporant l'un ou l'autre des deux modes de réalisation précites, conforme a la présente invention. Pendant le temps de compression, lorsque-le piston 3 s'élève vers sa position de point mort supérieur représentée aux Figures 1 et 2 le tourbillon d'air frais aspiré est fractionné en deux turbulen ces séparée mais équi-axialement dirigées dans les deux chambres de combustion supérieure et inférieure 4 et 5 axialement superno- sées .A la fin de la course de compression, ou au point ae compression, la première chambre de combustion, ou chambre inférieure 4 est isolée de la seconde chambre de combustion ou chambre supérieure 5 par l'extrémité avant 20 de la buse d'injection 9 L'extrémité conique 16 de la buse d'injection 9 est menée aussi près que possible dans l'étranglement 6 pour empocher toute ou verdure d décharge notable pour l'effet d'étranglement résultant et pour le passage de gaz d'une chambre de combustion dans l'autre . Lorsqu'on injecte la totalité du carburant dans la première chambre de combustion ou chambre inférieure 4, il ne s' produit qu'une combustion incomplète à un température de combustion basse du fait de la pénurie d'air qui y règne .Cette combustion incomplète produit une concentration élevée de gaz délétères"CH" et "00" mai une formation presque insignifiante de "NO " Après ouverture du passage 6 de communication avec la seconde chambre de combustion ou chambre supérieure 5 par la buse d'injection 9 au cours de la course suivante, ou d'admis-ion, du piston 3, et après franchissement de la distance iX S, du fait de l'air frais maintenant disponible dans la chambre cylindrique croissante entre le sommet du piston et la culasse, il se produit, dans l'autre chambre de combustion 5, une oxydation transformant les composants "CH2" et "CO" en composés inoffensifs"CO2 "et"H 0". La distance jS S de l'exemple de la Figure 1 peut outre ajustée par retrait ou addition de rondelles 10 au point de jonction de la buse dtin- jection 9 avec la culasse 11 de sorte qu'il est possible de déclencher la phase de combustion subséquente au moment voulu Au cours de la phase de combustion Subséquente les gaz se répandent sur toute la tette du piston sans qu'on observe de pertes notables du fait de gaz franchissant le passage 6 fumant la zone d'étranglement Dan le mode de réalisation selon la Figure 2, le parcours iris S est déterminé par le nombre de rondelles 19 composant l'organe rapporté 18 Il doit être bien entendu que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation représentés mais est susceptibles d'autres modification dans le cadre des Revendications . C'est ainsi que la seconde chambre de combustion ou chambre supérieure 5 peut s écarter de la forme conique représentée, de même que la pre r, ière chambre de combustion ou chambre inférieure 4 o L'isolation d'une chambre de combustion par rapport à l'autre ne devra pas nécessairement se faire par la buse d'injection 9 mais pourra être effectuée par une goupille séparée prévue à cet effet et qui pénètrera dans ledit étranglement . Il sera également possible de ménager, dans des chambres de combustion conçues de façon adéquate, plusieurs passages et étrangle.ments dans lesquels pénètreront des goupilles en nombre correstondant REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne comportant un cylindre muni dun piston alternatif et utilisant une technique d'injection de carburant dans laquelle le carburant est injecté dans le cylindre au moyen d'une buse d'injection de carburant et dans laquelle se produit un mouvement d'air rotatif autour de l'axe longitudinal du cylindre, ledit piston comportant au moins deux chambres de combustion réunies par un passage, le carbu rant étant injecté dans l'une de ces chambres de combustion depuis la buse dtinjection de carburant, ledit moteur étant caractérisé en ce que les chambres de combustion sont dispo sées en série sur l'axe longitudinal du cylindre, le passage comporte un orifice s'étendant axialement et des organes sont prévus pour fermer et ouvrir de façon variable ledit orifice 2.Moteur à combustion interne selon la Revendication 1, caracté risé en ce que le passage a la forme d'un étrangle- ment disposé coaxiclement sur l'axe longitudinal entre les deux chambres de combustion 3. Moteur à combustion interne selon la Revendication 2, caracte risé en ce que l'étranglement a une forme torcidale sur une partie au moins de l'étendue longitudinaie du passage 4.Moteur à combustion interne selon la Revendication 2, caracté- risé en ce que l'étranglement est substantiellement obturé par la buse d' injection de carburant qrzand le piston est à son point mort supérieur i. moteur â combustion interne selon la Revendication 2, caracté risé en ce qu'il comporte une goupille pénétrant dans l'étrangleimnt peu avant qus le piston atteigne son point mort supérieur pour obturer le passage 6.Moteur à combustion interne selon la Revendication 5, caracté risé ----- en ce que la buse d'injection de carburant com prend une goupille 7. Moteur à combustion interne selon la Revendication 2, caracté rlse - en ce que ltétranglement est constitué par au moins un organe rapporté monté de façon amovible dans le piston. 8. moteur à combustion interne selon la Revendication 7, caracté risé en ce que l'organe rapporté comporte au moins une rondelle plate pourvue d'un alésage central coaxial avec l'axe longitudinal du cylindre et constituant l'étranglement o 9. Noteurà combustion interne selon la Revendication 1, caracté risé en ce quel,une des deux chambres de combustion a une forme tronconique et débouche dans la seconde chambre de combustion de fome sphéroidale disposée axialement en dessous et à distance de la première chambre de combustion 10. Moteur à combustion interne selon la Revendication 2, caracté risé on ce que la buse d'injection de carburant com torte une extrémité à bout conique pour pénétrer dans une chambre de combustion sphércidale constituant la première des deux chambres de combustion et en ce qu'un chanfrein, corres pondant à la forme de l'extrémité à bout conique de la buse d'injection de carburant et débouchant dans la seconde chambre de combustion, est ménagé sur l'étranglement o 11. Moteur à combustion interne selon la Revendication 10, caracté risé - - en ce qu'il comporte des pièces d'espacement pour unemodification de la profondeur de pénétration de l'extrémité à bout conique dans la première chambre de combustion o