Brevet FR2421276A1 — publié le 19791026

L'invention se rapporte à un moteur à combustion interne à allumage commandé par bougie comprenant au moins un cylindre coiffé d'une culasse dans lequel se déplace un piston en mouvement alternatif, une chambre principale de combustion et de travail étant ménagée entre ledit piston, ledit cylindre et ladite culasse, et une chambre de turbulence étant formée dans ladite chambre de travail. Il est connu que la durée de la combustion totale du mélange carburé a une importance primordiale sur l'apparition du phénomène de cliquetis, sur la consommation de carburant et sur les émissions nocives des gaz d'échappement. Dans une chambre de combustion, la durée de la combustion est conditionnée par le temps que met le front de flamme allumé par la bougie, à parcourir tout l'espace de la chambre. Il est connu également qu'une circulation de gaz organisée devant la bougie au moment de la production de son étincelle permet d'allumer directement une plus grande quantité de mélange carburé et diminue en conséquence le temps total de la combustion. Un procédé connu pour arriver à cet effet est de créer un circuit d'alimentation créant des tourbillons dans la chambre par une disposition judicieuse plus particulièrement de la soupape d'admission, la turbulence ainsi créée améliorant dans certaines conditions le fonctionnement. Néanmoins, des précautions doivent être prises pour éviter que ces turbulences ne soient trop grandes, notamment à fort régime risquant alors de souffler le front de flamme et par suite de provoquer l'extinction prématurée du mélange carburé dans la chambre de combustion. On connait également des moteurs à préchambre dite d'allumage et de turbulence communiquant avec la chambre principale de combustion. Il est également connu de conformer la face du piston et/ou la culasse de telle manière qu'on favorise la création d'un tourbillon bien localisé au voisinage du point mort haut, ce qui permet d'améliorer la propagation du front de flamme qui prend alors la forme d'un tore ou d'un segment susceptible de balayer rapidement tout le volume de la chambre de combustion. Les inconvénients des solutions proposées sont qu'habituellement elles nécessitent un redessinage complet au moins de la culasse, ce qui entraîne des frais considérables au niveau des channes de production. En outre, les solutions proposées ne sont pas exemptes d'inconvénients techniques spécifiques tels que perte de rendement ou de puissance dans certaines conditions de fonctionnement. La présente invention propose de remédier aux inconvénients mentionnés par des moyens simples pouvant être appliqués sans modification de la culasse à tous les moteurs existants, les soupapes d'admission, d'échappement et l'implantation de la bougie ne subissant pas de modification. En outre, l'efficacité de la solution proposér apparat en général au moins aussi bonne que celles de solutions plus conteuses. Eventuellement, si le moteur est à créer, la culasse peut également subir des modifications par rapport aux culasses habituelles. Conformément à l'invention, le moteur à combustion interne est équipé d'une chambre de turbulence qui comprend au moins un logement en forme de puits à axe sensiblement parallèle à celui du cylindre, ledit puits étant ménagé dans la surface du piston et/ou de la culasse en communiquant avec au moins un canal. Avantageusement chaque canal débouche dans le puits sensiblement tangentiellement à la périphérie du puits et la section du canal est croissante en direction du puits. De cette façon, la chambre de turbulence caqenant ledit puits et ledit canal ayant un volume sensiblement constant lors du mouvement alternatif du piston dans la chambre principale dont le volume varie et diminue lors de la compression, il se produit un effet aérodynamique des gaz qui lors de la compression glissent le long de la rampe formée par le canal et s'engouffrent dans le puits de volume constant. Ceci crée dans toute la région périphérique du puits une zone tourbillonnaire intense assurant un très bon et rapide brassage du mélange carburé. Dans cette région périphérique du puits se crée un vortex de faible rayon qui assure un brassage très énergique du mélange carburé.Le dessin de la chambre de combustion peut être réalisé de façon à éviter B cré2nde eandejvltesses linéaires susceptibles de provoquer le soufflage de la flamme. Dans ces conditions, il suffit de positionner le puits de façon que sa zone périphérique tourbillonnaire se trouve au voisinage de l'arc électrique produit par la bougie lors de l'allumage. Dans ces conditions, après début de l'allumage par la bougie, le temps de combustion est réduit compte tenu des deux considérations suivantes a) la balayage tourbillonnaire à la périphérie du puits fait circuler une grande quantité de mélange carburé devant la bougie pendant la durée de l'arc électrique; cette masse de mélange en mouvement est allumée en continu; le front de flamme ne se propage plus sphériquement à partir d'un noyau dont la combustion ne se renouvelle pas au voisinage de la bougie, mais il se propage à partir d'un segment de flamme qui est engendré pendant toute la durée de l'arc électrique et qui se déplace dans la chambre améliorant ainsi la vitesse de la combustion; b) la masse de mélange formant le tourbillon engendré dans le puits et s'en échappant au voisinage du point mort haut vers la périphérie du puits se trouve surcomprimée dans un volume réduit dont la partie haute balaye la bougie; la combustion d'un tel mélange confiné s'effectue donc plus rapidement. L'invention apparaîtra plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés illustrant à titre d'exemple quelques modes de mise en oeuvre. Dans ces dessins - la figure 1 est une vue par-dessus d'un piston dans lequel sont prévus, conformément à l'invention, un puits avec des canaux de turbulence; dans cette figure est également illustrée en traits mixtes la position relative de la bougie lorsque le piston est au point mort haut; - la figure 2 est une vue en coupe faite selon le plan II-II de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe faite selon le plan III-III de la figure 1; - la figure 4 montre en coupe comme la figure 2, un piston formé en creux équipé d'une chambre de turbulence; - la figure 5 montre en coupe ,comme la figure 2 et la figure 4, un piston à bossage équipé d'une chambre de turbulence; - la figure 6 montre en perspective et à plus grande échelle la partie supérieure d'un piston à bossage conforme à la figure 5 avec la position relative illustrée en traits mixtes occupée dans la culasse par les soupapes et la bougie. On se reportera tout d'abord au mode de mise en oeuvre illustré aux figures 1 à 3. La mise en oeuvre de l'invention est réalisée très facilement sans aucune modification de la culasse, de l'admission, de l'échappement, ni de la bougie en formant la chambre de turbulence dans la face supérieure du piston. Ainsi comme illustré aux figures 1 à 3, la face supérieure 2 du piston 1 est formée avec un puits 3 auquel aboutissent trois canaux 4, 5, 6. On remarquera que l'axe 7 du puits 3 est décalé par rapport à l'axe 8 du piston 1, c'est-à-dire du cylindre (non représenté) dans lequel le piston se déplace. Quant à la bougie d'allumage 9, elle est disposée vers la périphérie du puits lorsque le piston est au point mort haut. Comme on le voit aux dessins, la profondeur des canaux et leur section vont en s'agrandissant de leur extrémité librevers la périphérie du piston à celle qui communique avec le puits. Les canaux forment ainsi des rampes dans lesquelles le mélange carburé au cours de la compression s'engouffre comme indiqué par les flèches créant dans le puits le mouvement tourbillonnaire recherché et dont l'effet le plus marqué, du fait de l'effet de la force centrifuge, s'applique à la périphérie du puits. Le mouvement du tourbillon est favorisé par le fait que chaque canal est curviligne, la courbure des canaux étant orientée dans un même sens imprimant un sens de rotation déterminé au mélange gazeux carburé comprimé. En outre, les bords extérieurs des canaux sont verticaux, c'est-à-dire sensiblement à angle droit, pour éviter que les gaz ne s'en échappent et ces bords débouchent dans le puits tangentiellement à sa périphérie. On a pu constater qu'un effet optimal était obtenu lorsque le volume de la chambre de turbulence comprenant les canaux et le puits était compris entre environ 0,1 à 3 % du volume maximal de la chambre principale de combustion, et de préférence, entre 0,3 et 1 % de ce volume. En ce qui concerne le rapport entre la hauteur h du puits et son diamètre d , ce rapport est avantageusement compris entre environ 0,5 et 4 Dans l'exemple illustré à la figure 1 trois canaux en volute 4, 5, 6 aboutissent à un seul puits 3. Bien s, un nombre de canaux différent, et par exemple un seul canal peut entre choisi. De même, plusieurs puits comportant chacun au moins un canal d'amenée du mélange carburé, peuvent être prévus. On remarquera d'autre part, que la disposition est parfaitement indépendante de l'implantation des soupapes dans la culasse, la façon dont le mélange carburé est amené au cylindre n'ayant pratiquement aucune influence dans le cas présent sur le mouvement tourbillonnaire qui est créé automatiquement par compression des gaz dans la chambre de turbulence au voisinage du point Bort haut. Ce qui est important, est que la bougie (ou éventuellement les bougies si plusieurs bougies sont utilisées en parallèle) soit située au voisinage de la périphérie du ou des puits où se trouve la zone de turbulence. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 4, le piston 10 comprend une face supérieure Il formée en creux avec une cuvette 12 dans laquelle est également formé en creux un puits 13 en communication avec des rampes 14, 15 formant chambre de turbulence. Aux figures 5 et 6 est illustrée une autre variante avec un piston 16 dont la face supérieure 17 comporte un bossage 18. Le piston comporte également un puits 19 formant chambre de turbulence à laquelle aboutissent trois canaux formés en rampe 20, 21, 22 de façon très semblable aux canaux 4, 5, 6 de la figure 1. A la figure 6 on a illustré en outre, en traits mixtes, la position du cylindre 23 de la culasse 24 des soupapes d'admission et d'échappement 25, 26 et de la bougie 27. Bien entendu, la culasse est conformée de façon à coopérer avec le piston à bossage 16. Bien que l'invention ait été décrite comme étant mise en oeuvre en formant la chambre de turbulence comprenant le puits et ses canaux ou rampes d'accès dans le piston, elle peut tout aussi bien être appliquée en créant cette même chambre de turbulence en totalité dans la culasse ou en partie dans la culasse et en partie dans le piston. Au point de vue usinage, il sera en général plus simple cependant de former la chambre de turbulence dans le piston, une telle technologie permettant en particulier d'utiliser sans modification les cylindres et culasses des moteurs existants. En ce qui concerne les résultats, on notera les avantages suivants 10) La limite à laquelle le cliquetis se produit est reculée, ce qui permet en particulier d'augmenter l'avance à l'allumage aux couples maxima du moteur; on peut également, dans les mêmes conditions, augmenter le rapport volumétrique. 20) On obtient un gain en puissance maximum et en couple. 30) On obtient un gain de consommation gracie à la possibilité de fonctionner correctement avec des mélanges plus pauvres par réduction des mauvais allumages; en effet, le mélange même hétérogène circule devant la bougie ce qui augmente les probabilités d'allumage instantané. 40) Le temps de combustion étant plus court et la température maximale des gaz étant réduite, il y a réduction des oxydes d'azote. 50) La combustion étant plus complète, il y a également réduction des imbrûlés. En bref, les performances du moteur sont améliorées tant au point de vue de la puissance que de la consommation et de la pollution. Bien entendu, de nombreuses variantes peuvent Outre apportées aux modes de réalisation illustrés et décrits. Ainsi, dans les exemples montrés, le puits était décalé par rapport à l'axe de la chambre de combustion. Cependant, il peut également, dans certains cas, outre placé dans l'axe ou sensiblement dans l'axe de la chambre de combustion. Dans ce cas, les canaux peuvent être dirigés sensiblement radialement, alors que pour un positionnement désaxé du puits, ils sont de préférence orientés obliquement par rapport à toute direction radiale du cylindre. L'effet recherché sera assuré dès lors que les canaux déboucheront sensiblement tangentiellement à la périphérie du puits. L'invention comprend donc tous les équivalents techniques des moyens décrits-ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont réalisées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. R E V E N D I C A T I C N S REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne à allumage commandé par bougie comprenant au moins un cylindre coiffé d'une culasse dans lequel se déplace un piston à mouvement alternatif, une chambre principale. de combustion et de travail ménagée entre le piston, le cylindre et la culasse, et communiquant avec une chambre de turbulence constituée par un logement formé dans la surface du piston et communiquant avec au moins deux canaux pratiqués dans ce dernier, caractérisé en ce que la courbure des deux canaux est orientée dans le même sens de façon à imprimer dans le logement précité formant puits un sens de rotation déterminé aux gaz comprimés dans la chambre de combustion et de travail. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les canaux précités sont par exemple au nombre de trois, ont éventuellement une importance différente et aboutissent en volute et dans le même sens au logement précité. 3. Moteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les bords extérieurs des canaux précités sont sensiblement à angle droit et débouchent dans le logement formant puits sensiblement tangentiellement à sa périphérie. 4. Moteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le volume constitué par le logement et les canaux précités est compris entre 0,1 à 3 5' du volume maximum de la chambre principale de combustion. 5. Moteur selon l'une des revendications précédentes et dans lequel le logement et les canaux précités sont formés en creux dans la surface du piston, caractérisé en ce que ledit piston est du type à face plane, en creux ou à bossage coopérant avec une culasse formée en conséquence. 6. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bougie d'allumage, solidaire de la culasse, est située dans une zone proche de celle constituée par le prolongement de la périphérie cylindrique du logement formant puits.