Brevet FR2494768A1 — publié le 19820528

L'invention a pour objet un procédé de combus- tion pour un moteur à combustion interne à pistons coulissants et à injection directe dans une charge amenée avec rotation dans la chambre de combustion comprenant une cuvette en forme de corps de révolution excentrée dans le fond du piston, avec un intervalle de laminage formé entre la surface restante du fond du piston et la paroi de la culasse vers la fin de la compres- sion, une fraction de charge étant alors envoyée sous forme d'é- coulement de laminage à partir de cet intervalle dans la frac- tion de charge reçue avec écoulement rotatoire par la cuvette de chambre de combustion. Dans le document DE-Gm 66 10 078 est décrit un moteur à combustion interne à pistons coulissants et à injection directe dans une charge de carburant amenée avec rotation, dans le but de donner à une cuvette de chambre de combustion, prati- quée en position excentrée dans le fond du piston, une position telle, par rapport à l'injecteur et aux embouchures des conduite d'échange de gaz, qu'un seul et même piston convienne aussi bien pour un moteur à combustion interne tournant à droite que, après rotation du piston de 1800 autour de son axe, pour un moteur à combustion interne tournant à gauche. Ce document mentionné spécifie également que l'injection du carburant a lieu dans la direction du tourbillon d'alimentation et tangentiellement à la paroi de la cuvette de chambre de combustion. Etant donné que le préambule de la description donne également l'indication d'un moteur Diesel en tant que mo- teur à combustion interne, on peut considérer la présence d'un intervalle de laminage formé vers la fin de la compression, par la surface restante du fond du piston et la paroi de la culasse, intervalle à partir duquel une fraction de charge est envoyée sous forme d'écoulement de laminage à la fraction de charge prise par la cuvette de chambre de combustion avec l'écoulement rota- toire. D'après le document DE-OS 24 07 783, on conna t en outre, un moteur à combustion interne à pistons coulissants et à injection directe dans une charge introduite avec rotation, dans lequel, vers la fin de la compression, pour obtenir un bon mélange du carburant avec la charge en rotation dans une cuvette de chambre de combustion centrée dans le fond du piston, la rota- tion existant dans la charge est renforcée par un écoulement de laminage. On considère qu'on obtient un perfectionnement supplé- mentaire du procédé de combustion en augmentant encore la rota- tion par un écoulement de laminage dirigé vers la charge rota- toire dans la chambre de combustion. Vis-à-vis de cela, on s'efforce en général dans les moteurs Diesel à injection directe et formation du mélange à proximité de la paroi de la cuvette de chambre de combustion, notamment par accumulation de carburant en excès sur la paroi, d'obtenir un processus de formation de mélange et de combustion favorable aux charges élevées du moteur à combustion interne, par production d'une vitesse dirigée et suffisamment élevée de l'écoulement de la charge à l'emplacement de formation du mé- lange et de combustion avec la quantité de charge d'alimentation la plus élevée possible. L'invention a en conséquence pour but de perfec- tionner un procédé de combustion pour un moteur à combustion interne à pistons coulissants du type indiqué dans le préambule, de façon simple et avec des moyens simples, de manière à obtenir, pour une charge élevée du moteur à combustion interne, à l'em- placement de formation du mélange et de la combustion, un écou- lement de charge dirigé et présentant une vitesse relativement élevée avec une quantité d'alimentation en carburant la plus élevée possible. L'invention concerne, à cet effet, un procédé de combustion du type cidessus, caractérisé en ce que la cuvette de chambre de combustion présente une disposition excentrée telle que l'écoulement rotatoire soit accéléré dans une zone proche de la paroi par l'écoulement de laminage, et que la quantité d'injection principale soit amenée pour une charge relativement élevée du moteur dans un domaine rapproché de la paroi et au moins voisin de la zone précitée dans la direction de l'écoule- ment rotatoire, le jet d'injection étant produit dans ce domaine avec une composante tangentielle à la paroi de la cuvette de chambre de combustion. Si, suivant une première caractéristique de l'invention, la cuvette de chambre de combustion est disposée avec une excentricité relativement grande, l'écoulement initial à rotation, c'est-à-dire l'écoulement de charge tournant dans la cuvette de chambre de combustion, est accéléré par superpo- sition de l'écoulement de laminage sensiblement dirigé vers le 3.- centre de la cuvette de la chambre de combustion dans une zone proche de la paroi de cette cuvette. On obtient ainsi l'avan- tage d'un écoulement de charge relativement fort et dirigé dans cette zone. tntant donné que cette zone d'écoulement rotatoi- re de la charge se déplace dans la direction de l'écoulement, on obtient, avec une seconde caractéristique de l'invention sui- vant laquelle, pour une charge relativement élevée du moteur à combustion interne, la quantité d'injection est disposée dans un domaine voisin de la zone précitée dans la direction de l'écoulement rotatoire et proche de la paroi, l'avantage que la zone d'écoulement rotatoire ou de charge accéléré se déplace sur le carburant accumulé sur la paroi pour une charge élevée du moteur à combustion interne. IL en résulte un processus de for- mation du mélange et un processus de combustion intensifs et ordonnées. Le processus de formation du mélange et de com- bustion est encore amélioré par un jet d'injection arrivant, conformément à une troisième caractéristique de l'invention, dans le domaine voisin de la paroi avec une composante tangen- tielle à la cuvette de chambre de combustion en raison d'une accumulation de carburant sur une grande surface de paroi ainsi obtenue. Si, conformément à une autre caractéristique, dans le cas d'une charge relativement élevée du moteur à combus- tion interne, la quantité d'injection principale est amenée pour un angle de rotation du vilebrequin compris entre 20 et 5 degrés avant le point mort supérieur, l'injection du carburant coIncide sensiblement dans le temps avec la phase d'un fort écou- lement de laminage. Il en résulte une faible vitesse relative entre le jet de carburant et la zone d'écoulement rotatoire ac- céléré de la charge. Ainsi, le jet de carburant est avantageu- sement moins déchiré et donc accumulé principalement sur la paroi. Par conséquent, avec le procédé conforme à l'inventions on obtient dans le domaine de pleine charge, une injection ré- partie sur la paroi avec les avantages connus d'un accroisse- ment de pression favorable, d'une pression maximale plus basse et d'une plus courte durée de combustion. Si, par contre, dans le cas d'une faible charge du moteur à combustion interne, la quantité d'injection princi- 4.- paie, qui est cependant plus faible que celle du fonctionnement à pleine charge, est, conformément à une autre caractéristique, amenée pour un angle compris entre 350 et 150 de rotation du vilebrequin avant le point mort supérieur ou entre un angle de 80 avant le point mort supérieur et un angle de 50 de rotation vilebrequin après ce point mort, l'injection du carburant coin- cide sensiblement dans le temps avec la phase d'un faible écou- lement de laminage. Etant donné que dans la zone considérée, l'écoulement rotatoire n'est pas sensiblement accéléré, il s'é- tablit, dans cette zone, une vitesse relative élevée entre le jet de carburant et l'écoulement rotatoire, ce qui fait que le jet de carburant est déchiré et que le carburant brûle en étant principalement réparti dans l'air avec l'avantage d'une émis- sion réduite d'hydrocarbures. On obtient, par conséquent, avec l'invention 1'- avantage supplémentaire de la commande en fonction de la charge de la condition de répartition du carburant dans l'air à la condition d'accumulation du carburant sur la paroi. la rotation de la charge dans le cylindre et dans la cuvette de chambre de combustion, est obtenue de façon connue à l'aide d'un conduit d'admission à rotation ou d'un ca- nal tangentiel pendant le processus d'admission. Etant donné qu'avec l'invention la vitesse-d'écoulement de la charge est particulièrement élevée lors du fonctionnement à pleine charge dans ce domaine et à l'instant de la combustion, la rotation de la charge amorcée par un conduit à rotation ou un canal tan- gentiel peut être sensiblement réduite. Outre une conformation de construction simple et compacte du conduit d'admission con- sidéré, cela procure l'avantage supplémentaire d'un travail d'é- change des gaz plus réduit. On obtient, en outre, un meilleur degré de remplissage et une pression moyenne plus élevée à la limite de,-fumées pour les moteurs Diesel ainsi qu'une consomma- tion de carburant plus réduite. Par contre, si l'on conserve la conformation ac- tuelle d'un conduit à rotation ou d'un conduit tangentiel sur un moteur à combustion interne à pistons coulissants conforme à l'invention, le carburant peut, dans le cas des moteurs Diesel, être injecté relativement tard, si l'on se réfère à la fin de la course de compression, sans inconvénients relatifs au noircis- sement des gaz et à la consommation de carburant. On agit ainsi ëfavorablement sur la composi4ion des gaz d'échappement. Avecune début d'injection optimal pour la consommation, on peut utili- ser une charge plus élevée à la limite de fumées. L'invention peut également être mise en applica- tion de façon avantageuse sur les moteurs à allumage commandé. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés représentant un exemple de réalisation, dessins dans lesquels: - la figure 1 représente, pour un moteur à com- bustion interne à pistons coulissants, une chambre de combustion avec un conduit d'admission à rotation de la charge de carbu- rant, - la figure 2 représente le piston de la chambre de combustion cidessus avec une cuvette excentrée, les vecteurs vitesse de la charge rotatoire étant différents en des points diamétralement opposés, - la figure 3 représente la position de la zone voisine de la paroi de l'écoulement rotatoire accéléré et du domaine voisin de la paroi de formation du mélange dans la cu- vette. Dans un moteur à combustion interne à pistons coulissants, non représenté de façon plus précise, un piston 1 délimite, dans le domaine du point mort supérieur, une chambre de combustion 4 dans un cylindre 2 muni d'une culasse 3. Dans la culasse 3 est formé un conduit d'admission à rotation 5, dans lequel une rotation autour de l'axe 6 du cylindre et du piston est imposée, suivant la flèche "a", à l'air de combustion admis ou à la charge. Le piston 1 présente un fond de piston plan 7, dans lequel est réalisée une cuvette de chambre de combustion 8 en forme de corps de révolution, cette cuvette présentant une excentricité relativement forte par rapport à l'axe 6 du cylin- dre et du piston, Peu avant la fin de la course de compression du piston 1, il s'établit un intervalle de laminage formé par la surface restante du fond 7 du piston et une paroi plane 9 de la culasse. A partir de cet intervalle, une fraction de la charge est envoyée sous forme d'écoulement de laminage (flèche "b") à la fraction de charge reçue avec un écoulement rotatoire par la cuvette de chambre de combustion 8. Cet écoulement de laminage suivant la flèche "b"l 6.-- très intense peu avant le point mort supérieur du piston 1, est dirigé vers l'axe 10 de la cuvette de chambre de combustion 8. En raison de la position relative fortement excentrée de la cu- vette de chambre de combustion 8, il s'établit dans cette cu- Fette 8 avec le sens de rotation suivant la flèche "a" choisi pour.a charge, une zone 11 proche de la paroi, indiquée sur la figure 3, dans laquelle la charge tournante est accélérée par la composante de vitesse, sensiblement dirigée dans le môme sens, de l'écoulement de laminage "b". Sur la figure 2, la vitesse périphérique accrue VU est mise en évidence pour une particule de charge de la zone 11 proche de la paroi par addi- tion vrectorielle de la composante VuD de vitesse périphérique de l'écoulement rotatoire et de la composante de vitesse péri- phérique locale VuQ de l'écoulement de laminage. Dans une zone zone 12 de la cuvette de chambre de combustion 8 située au-delà du plan déterminé par les axes 6 et 10, l'écoulement rotatoire initial "a" est par contre retardé car les composantes élémen- taires mentionnées précédemment sont opposées en direction péri- phérique. Un injecteur de carburant, non représenté, est monté dans la culasse 3 de façon telle que la quantité d'injec- tion principale soit, pour une charge relativement élevée du moteur à combustion interne, amenée dans un domaine 13 proche de la paroi et voisin de la zone 11 dans la direction "a" de l'écoulement rotatoire (figure 3). Il se produit alors un jet d'injection 14 dans le domaine 13 de formation du mélange et de combustion avec une composante tangentielle à la paroi 15 de la cuvette de chambre de combustion 8. Si, pour une charge relativement élevée du mo- teur à combustion interne, la quantité d'injection principale est amrenée pour un angle compris entre 20 et 5 de rotation du vilebrequin avant le point mort supérieur, l'injection du car.burant coïncide sensiblement dans le temps avec la phase d'un fort eécoulement de laminage. Il en résulte une faible vitesse relative entre le jet de carburant 14 et la zone 11' d'écoule- mernt de charge accéléré. Ainsi, le jet de carburant 14 est moins déchiré. En consequence, on obtient polar le domaine de ple.ne charge, un procédé de combustion dans lequel le carbu- rant est pr-nrcipalement accumulé sur la paroi. Si, par contre, dans le cas d'une faible charge 7.- du moteur à combustion interne (charge partielle), la quantité d'injection principale, qui est cependant plus faible que celle du fonctionnement à pleine charge, est amenée entre 35 et 15 d'angle de rotation du vilebrequi avant le point mort supérieur ou entre 8 avant le point mort supérieur et 5 d'angle de rota- tion du vilebrequin après ce point mort, l'injection du carbu- rant correspondante coincide sensiblement dans le temps avec une phase de faible écoulement de laminage "b". Etant donné que, dans ce cas, il s'établit dans la zone 11' une vitesse re- lative élevée entre le jet de carburant 14 et l'écoulement de charge qui n'est pas sensiblement accéléré, le jet de carburant 14 est déchiré. On obtient ainsi dans le domaine des charges partielles, lm procédé de combustion avec lequel le carburant est essentiellement réparti dans l'air. Pour obtenir dans la zone 11 proche de la paroi la plus grande accélération possible de l'écoulement rotatoire "a" par l'écoulement de laminage "b", le raccordement de la pa- roi 15 de la cuvette de chambre de combustion 8 avec le fond 7 du piston est arrondi suivant un rayon de 1 à 2 mm environ. 8.- REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I 0 N S 1.- Procédé de combustion pour moteur à combus- tion interne à pistons coulissants et à injection directe dans une charge amenée avec rotation dans la chambre de combustion, comprenant une cuvette en forme de corps de révolution excen- trée dans le fond du piston, avec un intervalle de laminage for- mé entre la surface restante du fond du piston et la paroi de la culasse vers la fin de la compression, une fraction de charge étant alors envoyée sous forme d'écoulement de laminage à partir de cet intervalle dans la fraction de charge reçue avec écoule- ment rotatoire par la cuvette de chambre de combustion, procédé caractérisé en ce que la cuvette de chambre de combustion (8) présente une disposition excentrée telle que l'écoulement rota- toire (flèche "a") soit accéléré dans une zone (11) proche de la paroi par l'écoulement de laminage (flèches "b") et que la quantité d'injection principale soit amenée pour une charge re- lativement élevée du moteur dans un domaine (13) rapproché de la paroi et au moins voisin de la zone précitée dans la direc- tion de l'écoulement rotatoire, le Jet d'injection (14) étant produit dans ce domaine avec une composante tangentielle à la paroi (15) de la cuvette de chambre de combustion. 2.- Procédé de combustion selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que, pour une charge relativement éle- vée, on amène la quantité d'injection principale entre 20 et 5 d'angle de rotation du vilebrequin avant le point mort supé- rieur dans le domaine (13) rapproché de la paroi. 3.- Procédé de combustion selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que pour une faible charge, on amène la quantité d'injection principale entre 35 et 15 d'angle de rotation du vilebrequin ou entre 8 avant le point mort supérieur et 5 d'angle de rotation du vilebrequin après ce point mort, dans le domaine (13) de la cuvette de cham- bre de combustion (8).