Brevet FR2481363A1 — publié le 19811030

L'invention se rapporte à une chambre de combustion divisée qui est utilisée dans les moteurs à allumage par compression suralimentés ou les moteurs à allumage par étincelle et qui améliore lthomogénéité du mélange aircombustible par l'intensification du mouvement dirigé de l'air dans les phases d'admission, de compression et de combustion du fonctionnement du moteur. On connaît des moteurs à chambre de combustion diviséequi, au moment où le piston s'approche du point mort intérieur, forme une enceinte où l'on injecte le combustible, en réalisant ainsi un mélange riche qui favorise l'apparition des noyaux de flamme, après quoi le mélange hétérogène d'air, de gaz et de combustible est expulsé dans la chambre principale où il intensifie le mouvement dirigé de l'air et par suite amélioré l'homogénéité du mélange. Ces chambres divisées présentent toutefois l'inconvénient que, pendant les phases d'admission-évacuation, le balayage à l'air frais de l'enceinte que constitue la chambre divisée, n'est pas assuré d'où il résulte que ne coefficient des gaz résiduels est assez élevé dans l'enceinte et influence d'une facon native le processus d'amorçage de la combustion pendant le cycle suivant. oar ailleurs, l'intensification du mouvement dirigé de l'air se fait seulement sur la course de compression et pas sur celle d'admission et l'effet du laminage de l'écoulement de l'air, à la fin de la course de compression et pendant l'expulsion du front de flamme de l'enceinte dans la chambre principale, se réalise dans un délai très court ce qui ne confère pas une amélioration essentielle de l'homogénéité du mélange d'air, de gaz et de combustible dans la chambre de combustion. On connaît aussi des chambres de combustion pour lesquelles l'homogénéité du mouvement dirigé de l'air à l'admission se réalise par l'introdiction de celui-ci dans une direction tangentielle à la périphérie du cylindre en utilisant pour cela soit des déflecteurs soit des canaux d'admission orientés tangentiellement. Ces solutions constructives présentent l'inconvénient qu'en augmentant la masse des soupapes, des forces d'inertie relativement élevées apparaissent et les résistances gazo-dynamiques supplémentaires provoquent une diminution du coefficient de remplissage. La chambre de combustion divisée, conforme à la présente invention, remédie aux inconvénients ci-dessus mentionnés par le fait qu'afin de réaliser l'intensification du mouvement dirigé de l'air sur la course d'admission, à la fin de la compression de même que pendant ltexpulsion du mélange d'air, de combustible et de gaz et pour accroître le rendement du cycle par la réduction du travail mécanique de compression, elle comprend une chambre de combustion secondaire qui se forme séparément de la chambre de combustion principale, au moment où le piston s'approche du point mort intérieur, par l'intermédiaire d'une demi-chambre supérieure, ayant la forme d'un corps de révolution concave.Celle-ci est montée dans la culasse et est disposée coaxialement à l'axe du cylindre de manière que, dans la zone de séparation des deux chambres, se forme un canal annulaire de liaison ayant la même fonction qu'un diffuseur convergent-divergent, par lequel, à la fin de la compression, quand le mouvement dirigé de l'air, mouvement produit par des dégagements situés sur la périphérie extérieure de la demi-chambre supérieure et qui constituent des visières statiques, est amorti, l'air est comprimé à l'intérieur de la chambre de combustion secondaire, en intensifiant de nouveau son mouvement et, après l'apparition des noyaux de flamme, le mélange de gaz, d'air et de combustible est expulsé dans la chambre de combustion principale. Un mode de réalisation de la présente invention va etre décrit ci-après à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale effectuée à travers un cylindre, au niveau de la chambre de combustion ; - la figure 2 est une vue en coupe transversale effectuée au niveau des soupapes suivant la ligne A-A de la figure 1 - la figure 3 est une vue de la demi-chambre supérieure dans la direction de la flèche C de la figure 2 ; et - la figure 4 est une vue en coupe transversale effectuée au niveau de la section minimum du canal de liaison entre les deux demi-chambres, suivant la ligne B-B de la figure 1. La chambre de combustion divisée, conforme à la présente invention, est constituée d'une chambre principale b qui a la forme d'une cavité de révolution ménagée dans la tête d'un piston 1 et d'une chambre de combustion secondaire c formée, au moment où le piston s'approche du point mort intérieur, par la division de la chambre principale b,au moyen d'une demi-chambre supérieure 2 en forme de corps de révolution concave monté par vissage, d'une manière bien connue, dans une culasse 3, coaxialement à l'axe du cylindre. La demi-chambre supérieure 2 présente sur sa surface extérieure et dans la zone des soupapes d'admission, des dégagements d qui jouent le rôle de visières statiques pour l'orientation tangentielle de l'air admis dans un cylindre. A l'intérieur de la demi-chambre supérieure 2, est monté un injecteur 5 connu en soi, dans une position centrale, coaxial avec l'axe du cylindre et avec la demi-chambre supérieure 2 qui a aussi une position centrale. La chambre de combustion divisée, conforme à la présente invention, assure une amélioration de l'homogénéité du mélange air-combustible, par l'intensification du mouvement dirigé de l'air sur la course d'admission. L'air qui pénétré par l'ouverture de la soupape d'admission 4 est dirigé tangentiellement à la périphérie du cylindre par les visières statiques d formées sur la surface extérieure de la demi-chambre supérieure 2, visières qui produisent un effet semblable à celui des solutions constructives connues mentionnées plus haut, sans avoir pourtant l'inconvenient de la croissance des forces d'inertie des masses en mouvement, celles-ci étant immobiles. Lorsque le piston 1 approche du point mort intérieur, il se forme entre la chambre b du piston et la demi-chambre supérieure 2, un canal annulaire de liaison e, ayant la môme fonction qu'un diffuseur convergent-divergent, qui établit un liaison entre la chambre principale de combustion b et la chambre de combustion secondairec. k canal annulaire de liaison e est séparé de la li- mite inférieuref-de la chambre de combustion d'une distance comprise entre le I et les 2 de la hauteur g de la chambre de combustion secondaire c. Le canal de liaison e intensifie le mouvement dirigé de l'air vers la fin de la course de compression en se cumulant avec l'effet de seuil créé par la tête du piston 1 dans lequel est réalise la chambre de combustion b et la culasse 3 et son profil convergent-divergent diminue les pertes gazodynamiques tant sur la course de compression qusa l'expulsion du front de flamme h. La diminution des pertes gazo-dynamiques de môme que la formation par intermittance et progressivement, seulement dans la zone du point limite intérieur du canal annulaire de liaison e réduit le travail mécanique de compression ce qui conduit à l'augmentation du rendement sur le cycle. En adaptant la géométrie du jet de combustible de l'injecteur 5 à la géométrie de la chambre de combustion divisée, on peut assurer un moulage de celui-ci sur les parois intérieures de la demi-chambre supérieure 2, en facilitant ainsi la formation d'un mélange riche dans la zone du canal annulaire de liaison e et l'emplacement en position centrale du canal de liaison dans le plan de séparation des deux demi-chambresl assure que le mélange riche de la zone soit expulsé le premier dans la chambre principale pleine d'air, ce qui favorise l'allumage et la combustion du combustible. La grosseur de la section minimale du canal annulaire e représente de I à 4 fois la valeur du jeu radial à froid entre la tête du piston et le cylindre. L'exemple de réalisation décrit et représenté n'est pas limita tif, car la chambre de combustion divisée selon la présente invention peut aussi trouver une application dans le moteur à allumage par étincelle pour lequel on réalise une augmentation du rendement par la diminution du temps total de combustion, d'une part par l'augmentation de la vitesse moyenne de propagation du front de flamme par l'intensification du tourbillonnement et d'autre part, par la diminution de la distance qui doit être parcourue par le front de flamme et par l'emplacement de la chambre de combustion secondaire c au centre de la chambre principale b. Une chambre de combustion divisée conforme à l'invention présente les avantages suivants : - elle réduit la consommation de combustible par l'amélioration du processus de combustion ; - elle permet le fonctionnement à plusieurs combustibles, y compris le fonctionnement du moteur à combustibles lourds, grâce a l'intensification du processus d'homogénéité du mélange air-combustible ; - elle a une construction simple et robuste. REVENDICATIONS 1. Chambre de combustion divisée notamment pour moteurs à allumage par compression suralimentés, ou moteurs à allumage par étincelle, qui intensifie l'homogénéité du mélange air-combustible, caractérisée en ce qu'afin de réaliser l'intensification du mouvement dirigé de l'air sur la course d'admission, à la fin de la compression de même que pendant l'expulsion du mélange d'air, de gaz et de combustible et pour engendrer une augmentation du rendement du cycle par la diminution du travail mécanique de compression, elle comprend une chambre de combustion principale (b) et une chambre de combustion secondaire (c) formée lorsqu'un piston (1) s'approche de son point limite intérieur, par une demi-chambre supérieure (2) ayant la forme dsun corps de révolution concave et montée dans une culasse (3), coaxiale avec l'axe du cylindre, tandis que dans la zone de séparation des deux chambres est formé un canal annulaire de liaison (e) profilé comme un diffuseur convergent-divergent par lequel, à la fin de la course de compression quand le mouvement dirigé de l'air, mouvement généré par des dégagements (d) situés sur la périphérie extérieure de la demi-chambre supérieure (2) et constituant des déflecteurs statiques, est amorti, l'air est comprimé à l'intérieur de la chambre de combustion secondaire (c) en intensifiant de nouveau son mouvement et après l'apparition des noyaux de flamme, le mélange de gaz, d'air et de combustible est expulsé dans la chambre de combustion principale (b). 2. Chambre de combustion divisée selon la revendication 1, caractérisée en ce que la demi-chambre supérieure (2) présente sur sa périphérie extérieure, dans la zone des soupapes d'admission (4), des dégagements (d) qui constituent des déflecteurs statiques pour l'intensification du mouvement dirigé tangentiel de l'air frais sur la course d'admission. 3. Chambre de combustion divisée selon la revendication 1, caractériséeen ce qu'afin d'expulser tout d'abord le mélange riche de la chambre secondaire (c) dans la chambre principale (b), l'emplacement du canal (e) de liaison entre la chambre de combustion principale (b) et la chambre de combustion secondaire (c), se situe dans un plan séparé de la limite inférieure (f) de la chambre de combustion,d'une distance comprise entre le 1/3 et les 2/3 de la hauteur (g) de la chambre de combustion secondaire (c). 4. Chambre de combustion divisée selon les revendications 1 et 3, caractérisée par le fait que l'épaisseur de la section minimale du canal annulaire de liaison (e) entre la chambre de combustion principale (b) et la chambre de combustion secondaire (c), représente de 1 à 4 fois la valeur du jeu radial entre la tête du piston (1) et le cylindre.