Brevet FR2479327A1 — publié le 19811002

La présente invention concerne les moteurs du type Diesel compor- tant des antichambres de combustion, et en particulier le perfectionnement de ces dernières afin d'ameliorer le rendement. Dans les moteurs du type considéré, Igantichambre de combustion est incorporée à la culasse et la chambre principale de de combustion est comprise entre le bord inférieur de cette culasse et le fond du piston que contient ce cylindre. Le carburant est injecté et ne brûle que partiellement dans l'antichambre de combustion qui communique avec la chambre prin- cipale de combustion au moyen d'une étroite fente ou conduit d'écoulement. En fonctionnement, le piston se déplaçant vers la culasse chasse de l'air en le comprirnant dans l'antichambre de combustion, A la fin de cette course de cornpression, du carburant est injecté dans cette antichambre. Un front de flamme se propage ensuite par un canal de l'antichambre précitée dans une chambre secondaire de combustion formée dans le fond du piston. La combustion de ce mélange air-carburant engendre la poussée nécessaire pour faire effectuer au piston sa course motrice, Les antichambres de combustion ainsi que les conduits d'écoulement de la technique antérieure ont une conformation géométrique sensiblement différente de celle qui fait l'objet de la présente invention. L'antichambre de combustion 50, que décrit le brevet des Etats-Unis d'Amérique N' 4 122 804, est presque sphérique au lieu d'être à peu près cylindrique comme celle de la présente invention. De plus, son conduit d'écoulement 72 contient des angles aigus et se raccorde à l'antichambre de combustion par des orifices à bords affilés ou tranchants. Cette conformation simpliste de l'antichambre de combustion et de son conduit d'écoulement compromet son bon rendement et provoque une combustion incomplète du mélange. La présente invention concerne une antichambre de combustion dont la conformation géométrique interne est déterminée en fonction de l'équation suivante (î- M2) (1 + t i M2) dT dT) = ( dA + 2 O T 1- M2 A (1-MZ) équation dans laquelle T est la température statique; T est voisin de T zéro;, qui est le rapport des chaleurs spécifiques des gaz de combustion est compris entre 1, l et 1, 4 environ; A est l'aire transversale de l'anti- chambre de combustion à toute distance donnée de son extrémité côté culas- se; M est le nombre de Mach correspondant à la vitesse d'écoulement des gaz, et T est la température globale des gaz ayant réagis, La présente invention concerne donc un moteur Diesel ayant un très bon rendement, notamment en ce qui concerne l'atomisation et la combustion complète de son carburant, produisant moins d'oxydes d'azote que ceux de la technioue antérieure, et comportant une antichambre de combustion dans laquelle l'injection de carburant se fait axialement, dont la conformation géométrique interne ést celle d'une tuyère supersonique de Laval de façon à engendrer des ondes normales de choc qui pulvérisent en les percutant les goutellettes de carburant, le conduit de fuite ou d'éva- cuation de cette antichambre ayant le profil interne d'un diffuseur subso- nique de Laval. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lequel la figure 1 représente schématiquement en coupe une antichambre de combustion à écoulement supersonique isotherme d'un moteur du type Diesel; et La figure 2 est une coupe schématique d'une antichambre de combustion à écoulement subsonique isotherme d'un moteur du type Diesel. La présente invention concerne un dispositif 10 comprenant intérieu- rement une antichambre de combustion 12. La partie profonde de cette anti- chambre a le profil d'une tuyère supersonique de Laval désignée par 14 dont le divergent se raccorde à un diffuseur 16 qui est symétrique par rapport à son axe. Dans l'extrémité côté culasse de cette antichambre débouche une lumière 18 destinée à loger un injecteur 20 de carburant. Près de cette lumière 18, la paroi de l'appareil est percée d'un orifice 2Z destiné à contenir par exemple une bougie incandescente 23 pour enflammer le mélange air-carburant. Il est possible de déterminer la conformation géométrique de cette antichambre de combustion 12 de façcon à réduire les températures sta- tiques locales des gaz de combustion pour des vitesses d'écoulement soniques et supersoniques. Cette conformation permet à la combustion de se produire à une température statique (T) plus basse et par conséquent ré- duit la quantité d'oxydes d'azote qui se forment, du fait qu'intervient une plus faible dissociation globale et une réaction moins forte. L'équa- tion fondamentale applicable en l'occurence pour un écoulement uni-dimensionnel et une température T est la suivante (1 - m2) (1 + 56-1 dZ) (T) __1) m2 _dA_ 2 0 o T 1 2 A) (1 -M2) T équation dans laquelle T est la température statique; est le rapport entre les chaleurs spécifiques des gaz de combustion, c'est-à-dire le rapport entre les pouvoirs calorifiques respectivement à pression cons- tante et à volume constant; A est l'aire transversale de l'antichambre 12 à une distance donnée de son extrémité 24 côté culasse; M est le nombre de Mach correspondant à la vitesse d'écoulement des gaz, et T est la température globale des gaz ayant réagis. Dans les conditions de fonctionnement les plus avantageuses, ( est compris entre 1, 1 et dT 1, 4 environ, et Tdoit tendre vers zéro. Il est évident que pour maintenir une faible augmentation de la tem- pérature, c'est-à-dire faire en sorte que T tende vers zéro pour un écoulement sonique ou supersonique, il faut que l'aire transversale de l'antichambre de combustion 12 augmente à mesure qu'on s'éloigne de son extrémité 24 et que la combustion se propage de haut en bas dans cette antichambre 12 (figure 1). En revanche, pour un écoulement subsonique (M.1) cette aire doit diminuer à mesure qu'augmente la distance de l'extrémité 24. En faisant varier de cette manière l'aire transversale de l'antichambre 12, il est possible d'empêcher la température maximale de dépasser 25000 R, c'est-à-dire la température critique au-dessus de laquelle se forment les oxydes d'azote. En présence d'une grande hau- teur dynamique, il est possible de raccorder la tuyère 14 à un diffuseur 26, comme le montrent les figures 1 et Z. Si l'écoulement à l'entrée de l'antichambre est subsonique (figure 2), on donne à ce diffuseur 26 raccordé à l'étranglement 28 un profil correspondant à celui de la tuyère 14 afin d'empêcher une diminution de la pression dynamique. Il faut souligner qu'il est possible d'améliorer l'anti- chambre de combustion 12 selon l'invention en y incorporant la tuyère convergente-divergente et le rapport entre la lon- gueur et le diamètre tels que les décrit la demande de bre- vet intitulée: "Appareil de précombustion de moteur Diesel", ainsi que le dispositif rapporté à ailettes qui forme inté- rieurement une antichambre de combustion et que décrit la de- mande de brevet intitulée:"Dispositif de précombustion rap- porté dans un moteur Diesel"; ces deux demandes de brevet étant déposées ce même jour au nom de la Demanderesse. La description précédente concerne donc un profilage aérodynamique des régions de l'antichambre de combustion dans lesquelles l'écoulement est sonique et supersonique, afin de réduire au minimum l'élévation de la température statique des gaz et d'empêcher ainsi la formation indésirable d'oxydes d'azote. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil et à l'antichambre de combustion décrits et représentés sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Antichambre de combustion (12) de moteur du type Diesel, carac- térisée en ce que sa conformation géométrique interne est déterminée en fonction de l'équation suivante: (1 - M2) (1 + - 1 2) dT (dTc=.) i!2 (d) 2) T r-1 _ 2A (1 - m2) dans laquelle T est la température statique Y est le rapport entre les pouvoirs calorifiques des gaz de com- bustion respectivement à pression constante et à volume constant; A est l'aire transversale de l'antichambre (12) à toute distance donnée de son extrémité (24) côté culasse; M est le nombre de Mach correspondant à la vitesse d'écoulement des gaz, et TO est la température globale des gaz ayant réagis. 2. Antichambre de combustion selon la revendication 1, caractérisé en ce que le terme de l'équation considérée tend vers zero. T 3. Antichambre de combustion selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que le terme e de l'équation considérée est compris entre 1, 1 et 1,4. 4. Antichambre de combustion selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une tuyère convergente-divergente règle l'écoulement des gaz à son entrée et à sa sortie. 5. Antichambre de combustion selon la revendication 1, caracté- risée en ce qu'elle est intérieurement constituée par une pièce rapportée à ailettes.