Brevet FR2396166A1 — publié le 19790126

La présente invention se rapporte à un piston pour un moteur à combustion interne comprenant un piston élévateur, comprimant l'air, avec injection directe du car burant,qdpniS*e un volume de combustion symétrique en rotation. Dans les pistons pour moteurs à combustion interne à pistons élévateurs du type précité, le carburant, coe on le sait, pour permettre une combustion complète, est injecté dans un tourbillon d'air en rotation à l'intérieur dçune chambre de combustion, le2eurbillon d'air étant par exemple produit par un écran disposé sur la soupape d'admission du moteur à combustion interne ou par un canal d'admission réalisé en forme de spirale. Toutefois, il s'est avéré que le courant d'air produit de cette façon, notamment pour les moteurs à combustion interne à pistons élévateurs qui tournent vite et comportent un système d'injection de carburant, peut entrainer une perte de remplissage. La présente invention a donc pour but de créer un piston pour un moteur à combustion interne à piston élévateur du type précité qui assure une mise en tourbillon intense de l'air dans la chambre de combustion et permet largement d'éviter toutes les pertes de remplissage. Conformément à l'invention, ce but est obtenu par le fait que la paroi de la chambre de combustion, sur une portion qui s'étend entre la tbte du piston et un emplacemeat prévu en avant du fond du volume de combustion, comprend au moins une cavité de forme hélieoidale. Par cette réalisation, l'air qui est comprimé au fur et à mesure de la compression dans la chambre de combustion et qui passe ainsi devant la cavité hélicoldale prévue dans ladite paros du volume de combustion, est mis en tourbillon de manière suffisamment intense pour que son mélange homogène avec le carburant injecté dans ledit volume de combustion soit satisfaisant. De cette façon, contrairement aux modes de réalisation des connus, on peut supprimer la soupape formant écran empêchant le remplissage ou la canal d'admission en forme de spirale, ce qui présente l'avantage que d'une part l'air parvent largement dans le volume de combustion sans subir de résistance à l'écoulement et v lton obtient également,pour les régimes de rotation élevée, un degré de remplissage élevé, et que d'autre part on obtient une structure simple et économiquement avantageuse du moteur à combustion interne puisque l'on donne une configuration particulière suivant la présente invention uniquement au volume de combustion du piston pour produire le tourbillon d'air précité. Pour maintenir en état dans le volume de combustion le tourbillon d'air intense produit par la cavité hélicoidale, la paroi du volume de combustion, dans la portion qui fait suite à celle qui comporte la cavité hélicodale, jusqu'au fond du volume de combustion, peut être réalisée de manière parfaitement lisse, le diamètre de la portion comprenant la paroi lisse du volume de combustion, correspondant, au niveau de la transition vers la portion qui comprend la cavité hélicoldale, au diamètre extérieur de ladite cavité héli costale audit emplacement de transition. Par cette configuration, on permet une entrée sans frottement et favorisant l'écoulement du courant d'air de la portion supérieure vers la portion inférieure dudit volume de combustion. I*e volume de combustion peut présenter une section sensiblement cylindrique et, pour un diamètre relativement étroit dudit volume, on produit une vitesse périphérique élevée de l'air comprimé dans ledit volume de combustion et par conséquent un tourbillon d'air plus intense tandis que pour un diamètre relativement large, il se forme un tourbillon d'air moins important. Toutefois, il est encore possible de donner au volume de combustion une section en forme de tronc de cône qui peut s'élargir ou au contraire se rétrécir en direction du fond du volume de combustion si bien que suivant les conditions données, on obtient un tourbillon d'air qui va en s'accélérant ou en ralentissant dans la portion inférieure du volume de combustion. Etant donné que la cavité hélicoldale présente au moins un pas de filetage, il est possible, suivant le nombre des filets, d'obtenir une pénétration plus ou moins rapide du tourbillon d'air à l'intérieur du volume de combustion. A cette occasion, la cavité hélicoldale peut présenter un profil de manière connue, rectangulaire, rond, en forme de dentsde scie, de filet triangulaire ou de trapèze. La hauteur du profil peut être suffisamment profonde pour permettre de capter correctement le courant d'air comprimé. Etant donné que la portion du volume de combustion qui présente la cavité filetée,a une surface plus grande que le reste du volume de combustion, il peut se produire, dans cette zone, une absorption de chaleur plus importante qui permet une meilleure vaporisation du carburant de la paroi du volume de combustion. Les arêtes du profilé fileté présentent l'avantage que du carburant éventuellement retenu peut être plus facilement et rapidement balayé par l'air comprimé qui s1 écoule. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques détails et avantages de celle-ci apparaitront 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 différents modes de réalisation de l'invention et dans lequels - La figure 1 est une coupe longitudinale de la partie supérieure d'un piston disposé dans un cylindre, ce piston présentant un volume de combustion conforme à l'invention ; - Les figures 2 à 6 sont des coupes longitudinales de la moitié du volume de combustion dans différents modes de réalisation de la paroi dudit volume ; - Les figures 7 à 9 sont des coupes longitudinales de la partie d'un piston présentant le volume de combustion illustré schématiquement dans différents modes de réalisation ;; - Les figures 10 à 12 sont des coupes longitudinales d'un moteur à combustion interne à compression d'air comprenant un piston élévateur dans différentes positions d'élévation du piston, ces dessins étant des représentations schématiques. On se référera tout d'abord à la figure 1 dans laquelle la partie d'un piston 1 d'un moteur à combustion interne à piston élévateur à compression d'air qui exécute dans un cylindre 2 un mouvement élévatoire, est représenté. Le cylindre 2 est fermé à sa partie supérieure par une culasse 3 dans laquelle est notamment prévu un injecteur 4 de carburant. Le piston 1 contient un volume de combustion 5 symétrique en rotation qui est formé, entre la tête de piston 6 et le fond 7 du volume de combustion 5, de deux portions A et B. La paroi du volume de combustion de la portion A, qui s'étend à partir de la tête de piston 6, comprend une cavité 8 hélicoidale présentant un profil par exemple en forme de filet triangulaire .Au fur et à mesure que la compression augmente, l'air passant devant la cavité 8 dans la portion A, est mis en un tourbillon qui atteint. dans la portion B présentant la paroi lisse de volume de combustion, sa valeur maximale mais qui reste également maintenu et assure ainsi un mélange intense avec le carburant injecté dans le volume de combustion 5 par l'injecteur 4. La cavité hélicoldale 8 forme par ailleurs une surface plus grande si bien que l'absorption de chaleur est également plus importante et que l'évaporation du carburant de la paroi du volume de combustion s'effectue plus rapidement. Par le mouvement giratoire de l'air, le carburant est facilement balayé de la paroi du volume de com- bustion ou des arêtes du profilé en forme de filetage et peut donc être totalement brfllé. Comme le montre la figure 2, la cavité 8a de forme hélicoidale prévue dans la paroi du volume de combustion 5 peut présenter un profil rectangulaire. Aux figures 3 et 4, la cavité 8b ou 8c présente une forme de dents de scie, le flancincliné du profilé étant soit incliné vers l'intérieur soit incliné vers l'extérieur en direction du fond 7 du volume de combustion 5. Dans l'exemple de réalisation illustré à la figure 5, la cavité 8d hélicoldale présente un profil rond. L'exemple de réalisation montré à la figure 6 représente une -cavité 8e hélicoidale avec un profil trapèzoidal. Les cavités 8 à 8e hélicoidales disposées dans la portion A du volume de combustion 5 présentent, pour le-e nombre de pas, une surface de dimension différente ainsi qu'une efficacité différente au point de vue de la retenue de l'air en circulation. Bien entendu, on peut prévoir plus d'unffletde filetage si bien que le courant d'air produit dans la portion A peut être comprimé beaucoup plus vite dans la portion B du volume de combustion 5. Le volume de combustion Sa représenté schématiquement à la figure 7 comprend une section sensiblement cylindrique, la dimension du diamètre ayant une influence décisive sur la valeur de la vitesse périphérique et sur l'intensité du tourbillon d'air. La figure 8 montre un volume de combustion 5b avec une section sensiblement en forme de tronc de cône qui s'élargit en direction du. fond 7b du volume de combustion 5b. Dans ce mode de réalisation, le courant d'air produit est plus lent mais il est toutefois encore suffisant dans la portion B. Pour le déroulement de la combustion, cette configuration présente des avantages certains. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 9, le volume de combustion 5c est en forme de tronc de cône mais présente en direction du fond 7c du volume de combustion 5c, une section rétrécie Par cette configuration, on obtient un tourbillon d'air accéléré dans la portion inférieure B qui assure un mélange plus intense avec le carburant La portion A présentant la cavité hélioidale qui est représentée en tiret aux figures 7 à 9 peut pre$enter l'un des profils montré aux figures 1 à 6, toutes les combinaisons choisies pouvant outre adaptées les unes aux autres A la figure 10, on a représenté schématiquement un moteur à combustion interne à piston élévateur et l'on a utilisé pour les mêmes pièces ou des pièces similaires les mêmes chiffres de référence qu'à la figure 1. En variante de l'exemple de réalisation illustré à la figure 1, on a prévu dans la culasse 3 > un canal d'admission d'air 10 avec une soupape d'admission il et un canal d'échappement 12 avec une soupape d'échappement 13. Dans la phase de travail représentée, la soupape d'admission Il est ouverte si bien qu'en cas de mouvement de descente du piston 1, de l'air frais est aspiré dans le volume de travail 14. A la figure 11, on remarque que l'air frais aspiré est comprimé lorsque les soupapes Il et 13 sont fermées et que de cette façon l'air sortant du volume de travail 14 est comprimé de manière croissante dans le volume de combustion 5, si bien que de la manière précitée, il est entrainé de manière toujours plus intense en rotation dans le volume de combustion 5. Dans la position illustrée à la figure 12, dans laquelle le piston 1 est en portion de point mort haut, l'air vrais est presque totalement comprimé dans le volume de combustion 5 et la cavité hélicoidale 8 représentée en tiret lui imprime un mouvement giratoire très intense sur lequel vient buter le carburant schématisé par la flèche, provenant de l'injecteur 4, si bien que la formation du mélange est particulièrement favorisée. Suivant l'invention > au lieu d'un injecteur à un seul trou, on peut prévoir un injecteur à plusieurs orifices. Bien entendus l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si cellesci sont exéoR ees suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. - Piston pour un moteur à combustion interne à piston elévateur à compression d'air, comprenant une in jection directe de carburant, qui présente un volume de combustion symétrique en rotation, caractérisé en ce que la paroi du volume de combustion, dans une portion qui s'étend entre la tête de piston et un emplacement situé en avant du fond dudit volume de combustione présente au moins une cavité hélicoldale. 2. - Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi du volume de combustion, dans la portion qui fait suite à la portion précitée comprenant la cavité hélicoldale, jusqu'au fond du volume de combustion, est lisse, le diamètre de la portion présentant la paroi lisse de volume de combustion, à l'emplacement de transition vers la portion présentant la cavité hélicoidale, correspondant au diamètre extérieur de ladite cavité audit emplacement de transition. 3. - Piston selon la revendication 1 ou 2 > 2, carac- térisé en ce que le volume de combustion précité présente une section sensiblement cylindrique. 4. - Piston selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le volume de combustion présente une section sensiblement en forme de tronc de cône qui va en s'élargissant en direction du fond dudit volume de combustion. 5. - Piston selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le volume de combustion présente une section en forme de tronc de cône qui va en se rétrécissant en direction du fond dudit volume de combustion. 6.- Piston selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la cavité hélicoidale précitée présente au moins un filet. 7. - Piston selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la cavité hélicoïdale présente un profil rectangulaire, rond, en dents de scie, en filet triangulaire ou trapèzoldal.