Brevet FR2458680A1 — publié le 19810102

I La présente invention se rapporte à un moteur Diesel à antichambre; elle vise, plus particulièrement, un moteur Diesel ayant une chambre de combustion du type à antichambre. Les moteurs Diesel usuels comportent des cham- bres de combustion à antichambre qui peuvent être classées en deux types, à savoir le type à chambre de précombustion et le*type à chambre de turbulence. Le type à chambre de précombustion comporte une antichambre, constituée d'une chambre avant et d'une chambre arrière ayant le même axe et situées à l'intérieur d'une tête de cylindre ou cu- lasse; un passage de communication relie lantichambre à une chambre de combustion principale, définie/dans un piston; une bougie à incandescence et un injecteur de combustible sont disposés tous deux, de manière à faire face M.a chambre arrière. Toutefois, l'antichambre suivant l'art antérieur est formée par la superposition de deux blocs l'un au-dessus de l'autre, avec un joint interposé. Autrement dit, un bloc comporte la dernière moitié de la chambre arrière et l'autre bloc la première moitié de la chambre arrière; une extrémité de la chambre avant dé- bouche dans la première moitié de la chambre arrière et l'orifice de communication relie la chambre avant à la chambre de combustion principale formée dans le piston. Par suite, la fabrication de l'antichambre demande beau- coup de main-d'oeuvre, et son cot de production est élevé. De plus, l'antichambre peut présenter un inconvénient en ce qu'une fuite de gaz risque d'apparaitre à la jonction des deux blocs. D'autre part, lorsque l'extrêmité de la bougie à incandescence est située de manière à faire saillie dans la chambre arrière, à travers la culasse et à travers le bloc qui comporte la dernière moitié de la chambre arrière, une fuite de gaz tend à se produire à l'endroit de la partie pénétrante de la bougie à incan- descence et aussi à la jonction entre le bloc et la cu- lasse. La réalisation de l'étanchéité au gaz devient donc compliquée et difficile. D'autre part, dans la chambre de combustion du type à turbulence, puisque la plus grande partie de l'an- tichambre est formée solidairement avec la culasse, il apparait une difficulté de mélange du combustible et de l' air du fait que l'antichambre est constituée par une cham- bre unique, bien que ce type soit exempt des difficultés, citées plus haut, de montage de la bougie à incandescence. Autrement dit, bien que le mélange de l'air et du jet de combustible pulvérisé soit effectué grâce à l'écoulement tourbillonnaire ou à vortex engendré à l'intérieur de lt antichambre par la compression due au piston, le mélange secondaire de l'air avec le jet de combustible n'est pas effectué par turbulence locale de l'écoulement dans l'an- tichambre. Par suite, ce type de chambre présente un in- convénient en ce que la fumée de gaz d'échappement peut devenir plus abondante que dans le type à chambre de pré- combustion ci-dessus. La présente invention a pour objet un disposi- tif qui évite les risques de fuite de gaz à l'endroit de la fixation de la bougie à incandescence, diminue le coCt de production et facilite le montage et le démontage de la bougie à incandescence. L'invention vise également un dispositif qui diminue le retard à l'allumage, par amélioration de la formation du mélange air-combustible, facilite le démar- rage à basse température et améliore la couleur du gaz d' échappement. L'invention a encore pour objet un dispositif qui régularise la sortie du mélange air-combustible de l'antichambre et améliore les caractéristiques de combus- tion0 L'irvention a aussi pour avantages d'empocher le collage de l'injecteur et de maintenir les caractéris- tiques d'injection de combustible. Elle évite également la surchauffe de l'injecteur de combustible et facilite la mise en place précise de l'injecteur. Dans un moteur Diesel à antichambre comportant une antichambre formée par une chambre avant et une chambre arrière dans une culasse de cylindre, un orifice de commu- nication reliant l'antichambre avec une chambre de combus- tion principale définie dans un piston, une bougie à incan- descence et un injecteur de combustible étant disposés cha- cun en face de la chambre arrière, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce qu4'anticham- bre est définie par la chambre arrière, formée solidaire- ment avec la culasse à l'intérieur de cette dernière, et par la chambre avant, formée sur un manchon fixé de ma- nière séparable à la culasse. Dans le moteur Diesel à antichambre du type décrit ci-dessus, un second trait de la présente invention réside en ce qu'au moins une courte gorge en forme d'escalier est prévue sur le manchon, en face de la chambre arrière. Une autre caractéristique de la présente invention réside en ce qu'au moins un orifice de pulvérisation de l'innjecteur de combustible est dis- posé de façon à pulvériser le combustible dans la direc- tion de l'orifice de communication. Le dispositif suivant la présente invention est également caractérisé en ce que le diamètre intérieur de la partie d'extrémité d'un ori- fice d'introduction de ltinjecteur est plus petit que le diamètre intérieur de sa partie intermédiaire. Suivant une cinquième caractéristique de la présente invention, une pièce support faiblement déformable, par exemple une rondelle ou élément analogue, est interposée entre l'é- paulement de l'injecteur de combustible et l'épaulement de l'orifice d'introduction de l'injecteur. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description de ses formes de réalisation, non limi- tatives, représentées sur les dessins annexés. Fig. 1 est une coupe de la moitié supérieure du moteur Diesel à antichambre suivant la présente inven- tion. Fig. 2 est une coupe, à plus grande échelle, des parties voisines de la chambre de combustion. Fig. 3 à 5 sont des coupes qui représentent chacune une autre forme de réalisation de la chambre de com- bustion. Fig. 6 est une coupe d'un injecteur de combusti- ble à orifice unique. Fig. 7 et 8 sont des coupes d'une forme de réali- sation dans laquelle une pièce support d'isolation thermi- que est interposée entre la culasse et l'injecteur. Fig. 9 est un graphique des caractéristiques de fonctionnement d'un moteur Diesel à chambre de combustion à turbulence de type connu et d'un moteur Diesel à anti- chambre du type de la figure 1 suivant la présente inven- tioh. La figure 1 représente la moitié supérieure du moteur Diesel à antichambre. Une culasse 2 est fixée sur un.bloc cylindre 1, par des boulons 3. Une antichambre 7 est définie dans la culasse 2 et communique, par un pas- sage de communication 6, avec une chambre de combustion principale 5 située dans la tête d'un piston 4. La construction est décrite ci-après en détail, avec référence à la figure 2. L'antichambre 7 comprend une chambre arrière 8 et une chambre avant 9. La chambre ar- rière 8 est formée intégralement dans la culasse 2, tan- dis que la chambre avent 9 est formée sur un manchon 10. La pièce 10 est fixée, de façon séparable, à la culasse 2, à la partie inférieure de cette dernière. Le passage de communication 6 débouche dans laêhambre avant 9. De préférence, l'antichambre 7 est située aussi près que pos- sible d'une paroi latérale de la culasse, afin d'éviter son échauffement. La moitié supérieure de la chambre ar- rière 8 a une forme hémisphérique, tandis que sa moitié inférieure a une forme cylindrique. La chambre avant 9 a la forme d'une balle de revolver tournée vers le bas. La chambre avant 9 est située avec son axe 9c parallèle à l'axe 8c de la chambre arrière 8, ces axes ne se re- couvrant pas. Du fait de la présence de la chambre avant 9, une turbulence secondaire supplémentaire est appliquée à l'écoulement en vortex de l'air, engendré dans l'anticham- bre pendant la course de compression du piston. Ainsi, il est possible d'obtenir une excellente combustion, car le mélange de l'air avec le jet de combustible est amélioré et la concentration de la fumée d'échappement devient plus faible. Autrement dit, on peut voir sur la figure 9 qu' en comparaison avec le moteur Diesel usuel, de type Va connu, équipé d'une chambre de combustion à turbulence, la concentration de la fumée d'échappement, dans le mo- teur Diesel suivant la présente invention, est améliorée. Comme indiqué plushaut, l'axe 9c de la chambre avant est parallèle à l'axe 8c de la chambre arrière. Il est tou- tefois préférable que ltaxe 9c soit disposé, par rapport à l'axe 8c, dans une direction telle que l'écoulement X en vortex à l'intérieur de l'antichambre soit encore ren- forcé, c'est-à-dire dans une direction qui tend à s'é- carter de l'axe du piston. Le meilleur fonctionnement du moteur peut être obtenu, si le volume de la chambre avant représente 7 à % du volume total de la chambre avant et de la chambre arrière, ou du volume de l'antichambre. La limite supé- rieure est choisie afin que le volume de la chambre avant ne soit pas assez grand pour gêner la formation de l'é- coulement en vortex et pour qu'on puisse obtenir un ex- cellent mélange air-combustible grâce à la formation d' un écoulement turbulent secondaire supplémentaire ré- sultant de la présence de la chambre avant, sans nuire à la formation de l'écoulement en vortex principal. D'autre part, la limite inférieure est choisie afin que le volume de la chambre avant permette de limiter sensiblement l' injection brutale du mélange air-combustible de l'anti- chambre dans la chambre de combustion principale, comme c'est le cas dans le dispositif à chambre de précombustion, grâce à la présence de la chambre avant permettant de ré- aliser une combustion régulière. La culasse 2, décrite plus haut, comporte un orifice 11 pour l'insertion d'un injecteur et un orifice 12 pour l'insertion d'une bougie à incandescence 14. Un injecteur 13 de combustible est introduit dans l'orifice 11. Grâce à l'excellente agitation du flux d'air, le mé- lange du jet de combustible et de l'air peut être réalisé convenablement même lorsqu'on utilise un injecteur à trou unique, par exemple unrobinet à aiguille usuel. Une autre forme de réalisation de l'invention est décrite ci-après en détail, avec référence à la fi- gure 2. Comme injecteur de combustible 13, on utilise un injecteur du type à double orifice. Cet injecteur est pla- cé de façon à ce que l'axe d'injection soit compris entre un angle a et un angle P. L'angle a est déterminé par la circonférence extérieure A du passage de communication 6 et le point d'intersection B de son diamètre. L'angle P est déterminé par une arête C de la chambre arrière 8 de l'antichambre et un point D sur une ligne horizontale H passant-par le centre 0 de la chambre arrière 8, ce qui correspond à la limite entre la moitié-supérieure et la moitié inférieure de la chambre arrière. L'orifice 11 pour l'introduction de l'injecteur est réduit de façon à ce que le diamètre intérieur de sa partie d'extrémité soit plus petit que le diamètre inté- rieur de sa partie centrale. Le passage libre à l'extrê- mité de l'injecteur 13 est aussi réduit que possible. Cette disposition minimise la surface de l'extrémité de l'injecteur 13 qui est exposée au gaz de combustion et évite le collagEMe l'injecteur. La bougie à incandescence 14 est placéedans 1' orifice 12 d'introduction de bougie,- décrit plus haut. L' extrémité de la bougie à incandescence est située à l'in- térieur d'une zone délimitée par une ligne reliant l'ori- fice de pulvérisation 15 de l'injecteur 13 au point D, décrit plus haut, et par la ligne H précédemment décrite. Le combustible pulvérisé à l'intérieur de l'angle a ren- contre le flux d'air refoulé dans l'antichambre par le piston 4, à travers le passage de communication 6, pendant la course de compression, ce qui provoque la formation ra- pide du mélange air-combustible. Par suite, la combustion s'effectue rapidement et le retard d'allumage est faible. D'autre part, le combustible pulvérisé à l'intérieur de l' angle P permet le démarrage à une température très basse, car l'injecteur à orifice utilisé assure une bonne pulvé- risation et le combustible vient en contact direct avec la bougie à incandescence 14. La figure 3 représente une autre forme de réalisa- tion de la présente invention. Dans ce dispositif, le man- chon 10A a un diamètre beaucoup plus grand que celui du manchon 10 de leigure 2. La surface 17 de l'extrémité supérieure du manchon 10A, ajusté dans la culasse 2, vient en contact étroit avec un épaulement 18 de l'alésage d'insertion du manchon, par l'intermédiaire d'un joint, non représenté, afin d'empêcher la fuite de gaz. Dans cette forme de réalisation, une partie de la chambre ar- rière est formée dans le manchon IOA. La figure 4 représente une autre forme de réali- sation de la présente invention, dans laquelle le manchon B comporte une gorge cylindrique 16 de faible profondeur, disposée en face de l'ouverture de la chambre arrière 9. Cette gorge est plus longue que le diamètre de l'extrê- mité ouverte de la chambre avant, mais elle est plus cour- te que le diamètre de l'extrémité inférieure de la cham- bre arrière 8. Cette gorge 16 est disposée de façon à ce que son axe 16c coïncide avec l'axe 8c de la chambre ar- rière 8. La hauteur du manchon 10B est augmentée, afin de tenir compte de la profondeur de la gorge 16. Ainsi, lorsqu'on utilise l'injecteur à double orifice, l'angle d'injection de combustible devient un angle P' beaucoup plus étroit, bien qu'il reste inchangé pour l'injecteur à aiguille, unique comme dans le cas des figures 2 et 3. Toutefois, puisque la gorge 16 est formée sur le manchon 10B, un épaulement est défini entre la chambre arrière 8 et la chambre avant, de sorte que le flux d'air qui arrive dans l'antichambre 7 provoque une turbulence dqw4rtex formé dans l'antichambre 7. Il en ré- sulte un mélange régulier du combustible avec l'air et la sortie du mélange air-combustible vers la chambre de com- bustion principale est accélérée. La figure 5 représente une autre forme de réali- sation de la présente invention, dans laquelle la gorge 16 est définie sur le manchon 10c de façon à ce que son axe 16c ne recouvre ni l'axe 8c de la chambre arrière 8 ni l'axe 9c de la chambre avant. Cette disposition de la gorge 16 rend la turbulence de l'écoulement à vortex dans l'antichambre 7 plus compliquée et améliore encore la for- mation du mélange air-combustible. Bien que les formes de réalisation représentées sur les figures 4 et 5 comportent seulement une gorge 16, plusieurs gorges 16 peuvent être formées, sur plusieurs étages. Dans ce cas, la gorge la plus proche de la cham- bre arrière doit présenter le diamètre le plus grand. La figure 6 représente une forme de réalisation avantageuse, qui utilise un injecteur 13A à orifice uni- que, par exemple un injecteur à aiguille. Dans ce cas, le combustible est injecté vers l'arête inférieure de la gorge 16. Le mélange du combustible, injecté vers l'arête de la gorge 16, avec l'air est favorisé par l'écoulement à vortex formé au voisinage de la gorge 16, ce qui dimi- nue le retard d'allumage. La figure 7 représente une autre forme de réali- sation dans laquelle la surchauffe de l'injecteur de com- bustible est évitée. Une pièce annulaire 25, en matière thermiquement isolante, par exemple en caoutchouc au sili- cone, est placée sur le siège 20 de l'orifice 11 d'intro- duction de l'injecteur. Entre la pièce isolante 25 et la surface d'extrèmité 23 du corps 22 de la soupape de com- bustible, est interposée une pièce support annulaire 26 qui a le même diamètre que l'orifice21 pour le logement du corps 22 de cette soupape et qui possède une petite capacité de déformation. Cette pièce support 26 empêche la pièce isolante 25 de passer dans l'intervalle entre le corps de soupape 22 et le logement de cette dernière et dans une encoche 24 de serrage de la soupape, formée à la périphérie du corps de cette dernière. La pièce support 26 permet également de situer l'extrémité de l'injecteur de combustible 13 à une position prédéterminée. De pré" férence, la pièce support 26 est réalisée de forme annu- laire, en matière ayant une petite capacité de déforma- tion, par exemple un métal ou une résine résistant à la chaleur. Un garnissage en matière thermiquement isolante 19 est également prévu autour de l'injecteur 13. On peut obtenir le même effet que dans le dispo- sitif de la figure 7, par adaptation de la pièce support 26 à l'injecteur 13 d'un moteur Diesel du type à chambre de combustion ouverte, dans lequel le combustible est pulvérisé directement dans la chambre de combustion à la tête duiiston, comme représenté sur la figure 8. On voit, sur la figure 8, qu'une protubérance rectiligne 28 est formée dans l'axe du fond d'une chambre de combustion creuse 2. La partie inférieure 31, entre la protubérance 28 et la paroi circonférentielle 30 de la chambre de combustion, a une forme hémisphérique. D'autre part, la chambre de combustion est située près d'un côté du piston 4, de sorte que le sommet 29 de la protubérance 28 se trouve sur l'axe de l'injecteur 13. Cette disposi- tion de la chambre de combustion permet le mélange uni- forme du combustible avec le flux d'air en vortex à l' intérieur de la chambre de combustion. En résumé, le moteur Diesel suivant l'invention comporte une antichambre constituée pa4une chambre avant et une chambre arrière, un passage de communication re- liant l'antichambre à la chambre de combustion principale. La construction est telle qu'un des orifices de pulvéri- sation de l'injecteur de combustible projette le combus- tible dans la direction du passage de communication, tan- dis que l'autre orifice projette le combustible vers la bougie à incandescence. Par suite, le combustible projeté vers'la bougie vient en contact direct avec cette dernière et s'allume facilement, ce qui améliore le démarrage à tem- pérature très basse et évite le cognement à vide qui a été la principale difficulté rencontrée avec les moteurs usuels à antichambre. D'autre part, le combustible projeté vers le- passage de communication se heurte à l'air comprimé prove- nant du passage de communication, ce qui forme rapidement le mélange aircombustible et diminue le- retard d'allumage, avec l'aide de la pulvérisation du combustible. Autrement dit, la combustion s'effectue rapidement. En outre, puisqu'une gorge est prévue de façon étagée entre la chambre avant et la chambre arrière, il se produit une turbulence dans l'air comprimé sortant du pas- sage de communication, de sorte que le mélange du combus- tible et de l'air est accéléré. Dans la présente invention, la zone d'extrémité de l'orifice d'introduction pour le logement de l'injec- teur de combustible présente un diamèt're réduit, de façon à minimiser la partie découverte à l'extrémité de l'in- jecteur. Ainsi, l'exposition de l'extrémité de l'injec- teur à la haute température du mélange air-combustible est réduite, ce qui permet d'éviter le collage de l'in- jecteur. De plus, suivant la présente invention, la ma- tière thermiquement isolante interposée entre l'injecteur et l'orifice d'introduction de ce dernier est supportée par une pièce possédant une petite capacité de déforma- tion. La matière thermiquement isolante est ainsi empé- chée de pénétrer dans l'intervalle entre l'injecteur et 1' orifice d'introduction de l'injecteur-et la position de l'extrémité de l'injecteur peut être réglée à une valeur prédéterminée. EXEMPLE On effectue des essais de caractéristiques de combustion, avec le moteur Diesel à antichambre conforme à la présente invention, représenté sur la figure 1. La température du gaz d'échappement, la couleur du gaz d'é- chappement et le taux de consommation de combustible, 1 1 obtenus dans ces essais, sont représentés en trait plein, respectivement, sur la figure 9. Sur cette figure, l'axe des abcisses représente la puissance de sortie Pe (Cv) et la pression effective mo- yenne nette Pe' (kg/cm2) pour chaque diagramme, tandis que l'axe des ordonnées représente la température T C du gaz d'échappement pour la courbe supérieure, l'indice Sd de concentration du gaz d'échappement pour la courbe inter- médiaire et le taux f de consommation de combustible (g/Cvh) pour la courbe inférieure. Les conditions de l'essai sont les suivantes: Nombre de tours............. 2400 t/mn Dimension du piston........... p 80 mm x 75 mm Nombre de pistons............ 1 Injecteur de combustible..... injecteur à aiguille Angle de montage de l'tpjecteur 200 par rapport à 1' Longueur de dépassement de la bougie à incandescence dans la chambre arrière Forme et dimension de la moitié supérieure de la chambre ar- rière axe 8c de la chambre arrière 7 mm demi-6phère de 12 mm de rayon, centrée sur l'axe 0 de la chambre arrière. Profondeur de la chambre avant 8,5 mm Distance entre les axes de la chambre arrière et de la cham- bre avant.......-......--- 2 mm Angle d'inclinaison du passage de communication...,....... 35 . A titre de comparaison, l'essai de caractéristi- ques de combustion est également effectué avec le moteur Diesel à turbulence du type Va connu. La température du gaz d'échappement, la couleur du gaz d'échappement et le taux de consommation de combustible, ainsi obtenus, sont représentés en pointillé sur la figure 9. Les conditions de l'essai sont ies mêmes que ci-dessus. Il apparait, sur laeigure 9, que lorsqu'on utilise l'antichambre conforme à la présente invention, la couleur du gaz d'échappement peut 4tre particulièrement améliorée. Il est entendu que des modifications de détail peuvent être apportées dans la forme et la construction du dispositif suivant l'invention, sans sortir du cadre de celle-ci. *245868È REVENDICATIONS 1. Moteur Diesel à antichambre, comportant une anti- chambre (7) formée par une chambre avant (9) et une chambre arrière (8) dans une culasse (2) de cylindre, un passage de communication (6) reliant l'antichambre à une chambre de combustion principale (5) définie dans un piston (4), et une bougie à incandescence (14) et un injecteur de com- bustible (13) placés chacun en face de la chambre arrière, caractérisé en ce que l'antichambre est composée de la chambre arrière, formée intégralement à la culasse dans cette dernière, et de lakhambre avant, formée sur un manchon (10) fixé de façon séparable à la culasse. 2. Moteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les axes (9c, 8c) de la chambre avant et de la chambre arrière sont juxtaposés. 3. Moteur suivant la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce que l'orifice (15) d'injection de combustible de l'injecteur, placé en face de la chambre arrière, est du type à plusieurs trous et en ce qu'au moins un de ces trous est disposé de façon à projeter le combustible dans la direction du passage de communication. 4. Moteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'orifice (11) d'introduc- tion de l'injecteur de combustible présente dans sa par- tie d'extrémité un diamètre intérieurlus petit que le diamètre intérieur de sa partie principale. 5. Moteur suivant l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce qu'une gorge cylin- drique (16), de faible profondeur, est formée sur le manchon en face de la chambre arrière, cette gorge com- portant de préférence plusieurs étages et son ouverture augmentant progressivement à chaque étage. 6. Moteur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la gorge est disposée de façon à ce que son axe (16c) ne se chevauche pas avec l'axe (9c) de la chambre avant. 7. M.oteur suivant la revendication 5 ou 6, caractéri- sé en ce que les axes de la chambre avant, de la chambre arrière et de la gorge ne se chevauchent pas les uns avec les autres. 8. Moteur suivant l'une quelconque des revendications à 7, caractérisé en ce que l'orifice d'injection de com- bustible de l'injecteur, monté en face de la chambre ar- rière, est du type multi-trous et en ce qu'au moins un de ces trous est situé de manière à projeter le combustible dans la direction du passage de communication. 9. Moteur suivant l'une quelconque des revendications à 8, caractérisé en ce que l'orifice d'introduction de l'injecteur présente dans sa partie d'extrémité un diamètre intérieur plus petit que le diamètre intérieur de sa partie centrale. 10. Moteur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une pièce support (26) possédant une petite capacité de déformation, telle qu'une rondelle, est interposée entre l'épaulement (20) de l'ori- fice d'introduction de l'injecteur et l'épaulement du dit injecteur.