Brevet FR2510185A1 — publié le 19830128

La présente invention est relative aux moteurs à com- bustion interne et à piston du type à allumage par flamme. Une chambre de combustion principale reçoit un mélange relativement pauvre, et une chambre de combustion auxi - liairereçoit un mélange relativement riche Un passage de flamme relie les deux chambres de combustion Une bougie d'allumage par étincelles allume le mélange se trouvant dans la chambre de combustion auxiliaire à la fin de la course de compression ou au voisinage de cette fin, et le IO mélange en cours de combustion est projeté à travers le passage de flamme pour allumer le mélange relativement pauvre qui se trouve dans la chambre de combustion princi- pale On a largement utilisé ces dernières années des moteurs de ce type général afin de réduire la quantité de I 5 polluants HC, CO et N Ox dans les gaz d'échappement. L'invention a pour but général de fournir un tel moteur dans lequel la caractéristique de réduction des polluants dans les gaz d'échappement soit préservée tout en améliorant simultanément l'économie de carburant et en augmentant la puissance de sortie, ce sans provoquer le phénomène indésirable de 'cognement". On pense que, dans un moteur à combustion interne a piston, le cognement est provoqué par la combustion brusque dela portion qui brûle en dernier, c'est à dire des gaz finaux, du fait de la propagation de la flamme dans le mélange air-carburant On connaît plusieurs moyens d'empêcher ce cognement, à savoir, par exemple: ( 1) réduire la température et la pression des gaz combustibles; ( 2) favoriser le processus de refroidissement des parois de la chambre de combustion, en particulier corres- pondant à la portion finale des gaz; ( 3) augmenter la vitesse de la flamme pour accélérer la vitesse de combustion; ( 4) raccourcir la distance de propagation de la flamme. L'invention a pour objet un moteur à combustion interne et à piston, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un cylindre comportant une chambre de combustion prin- cipale et une chambre de combustion auxiliaire reliées par un passage de flamme, au moins un conduit d'aspiration ren- contrant le passage de flamme entre ses extrémités et s'étendant à partir d'une-zone périphérique de la chambre de combustion principale, au moins une soupape principale d'admission destinée à fournir unmélange aircarburant à la chambre de combustion principale, une soupape auxiliaire Io d'admission destinée à fournir un mélange air-carburant à la chambre de combustion auxiliaire, et une bougie d'allu- mage par étincelles comportant des électrodes qui communi- quent avec la chambre de combustion auxiliaire, les électro- des de cette bougie étant situées au voisinage de l'extré- mité amont du-passage de flamme et la distance séparant l'extrémité amont du passage de flamme de ces électrodes étant inférieure à celle qui sépare cette extrémité amont de la soupape auxiliaire d'admission. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaitront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés, sur lesquels: la Fig 1 est une vue en élévation et en coupe qui montre les caractéristiques concernées par l'invention d'un premier mode de réalisation d'un moteur suivant l'in- vention; la Fig 2 est une vue en coupe prise à peu près suivant la ligne 2-2 de la Fig 1, avec arrachement partiel; la Fig 3 est une vue en élévation et en coupe analo- gue à la Fig 1, montrant-une variante; la Fig 4 est une vue en coupe prise à peu près suivant la ligne 4-4 de la Fig 3, avec arrachement par- tiel; la Fig 5 est une coupe de détail prise à peu près suivant la ligne 5-5 de la Fig 3; la Fig 6 est une vue en élévation et en coupe du piston représenté à la Fig 3; la Fig 7 est une vue en plan de dessus de ce piston; la Fig 8 est une vue analogue à la Fig 4 qui montre une autre variante; et la Fig 9 est une vue analogue à la Fig -4 qui montre encore une autre variante. En se référant aux dessins, le moteur, désigné dans son ensemble par la référence E, comprend un piston alter- natif 10 monté à coulissement dans un alésage de cylindre 11 ménagé dans le bloc-moteur 12 Une culasse 13 est fixée IO en position par rapport au bloc-moteur 12, et un joint 14 est interposé entre eux Une cavité 15 ménagée dans la culasse 13 coopère avec la surface supérieure 16 du piston pour former une chambre de combustion principale 17 La chambre de combustion 17 a un faible volume, en ce sens I 5 que la majeure partie de son volume est située dans une région nettement inférieure au diamètre de l'alésage'll du cylindre. Un passage d'admission 18 est formé dans la culasse 13 et reçoit un mélange air-caburant relativement pauvre en provenance d'un premier carburateur 19 L'écoulement à travers le passage 18 est commandé une soupape principale d'admission 21 qui se ferme contre un siège fixe 22 Comme représenté à la Fig 2, une soupape d'échappement 23 est également prévue dans la culasse 13 et se ferme contre un siège 24 pour commander l'écoulement des gaz d'échappement à travers un passage 25. Un second carburateur 26 est prévu pour fournir un mélange air-carburant relativement riche à un passage auxi- liaire d'admission 27 L'écoulement de ce mélange relati- vement riche est commandé par une soupape auxiliaire d'ad- mission 28 qui se ferme contre un siège 29 Le mélange riche pénètre dans une chambre de combustion auxiliaire 31 lorsque la soupape auxiliaire d'admission 28 est ouverte. Un passage de flamme 32 relie la chambre de combustion auxiliaire 31 à la chambre de combustion principale 17. Une bougie 33 d'allumage par étincelles, reliée par un filetage 34 à la culasse 13, comporte des électrodes 35 disposées à l'intérieur d'une chambre à bougie 36 L'extré- mité amont 37 du passage de flamme 32 communique avec la chambre à bougie 36 et avec la chambre de combustion auxi- liaire 31 L'axe longitudinal central de la bougie d'allu- mage 33 passe au-dessous de l'extrémité inférieure de l a chambre de combustion auxiliaire 31 L'axe longitudinal central du passage de flamme 32 passe au-dessous d'un point (non représenté) situé sur l'axe longitudinal central de la chambre de combustion auxiliaire 31 et espacé vers le haut IO de l'extrémité inférieure de cette chambre d'une distance égale à 1/3 de la longueur de la chambre de combustion auxiliaire. Il est prévu des conduits d'aspiration qui s'étendent à partir d'une zone périphérique de la chambre de combus- I 5 tion principale 17 et qui rencontrent le passage de flamme 32 entre ses extrémités Comme représenté sur les dessins, les conduits d'aspiration 38, 39 et 40 sont situés dans la culasse 13, et chacun d'eux s'étend obliquement pour ren- contrer le passage de flamme 32 au voisinage de la jonction 41 entre une partie convergente 42 du passage de flammé et une partie cylindrique voisine de son extrémité amont 37. L'emplacement des électrodes 35 est tel que le coeur de flamme, lors de l'allumage, n'est pas soufflé par le cou- rant-de mélange air-carburant traversant les conduits d'as- piration à la fin de la course de compression Le dia- mètre de chacun des conduits d'aspiration 38, 39 et 40 est inférieur au diamètre minimal du passage de flamme 32 La distance séparant l'extrémité amont du passage de flamme 32 des électrodes 35 de la bougie d'allumage est nettement inférieure à celle qui sépare cette extrémité amont de la surface d'étanchéité de lasoupape auxiliaire d'admission 28,et est de préférence inférieure au triple du diamètre du passage de flamme à son extrémité amont. Au cours du fonctionnement du moteur E, la course d'aspiration du piston 10 aspire dans la chambre de combus- tion principale 17 un mélange relativement pauvre à travers le passage d'admission 18, et aspire dans la chambre de combustion auxiliaire 31 un mélange relativement riche à i 0185 travers un passage d'admission 27, les soupapes principale d'admission 16 et auxiliaire d'admission 28 étant toutes deux ouvertes Vers la fin de la course de compression consécutive du piston 10, les électrodes 35 de la bougie d'allumage allument tout d'abord le mélange se trouvant dans la chambre à bougie 36, et ce mélange allume à son tour le mélange qui se trouve dans la chambre de combustion auxiliaire 31 Une puissante flamme est alors projetée à travers le passage de flamme 32 jusqu'au centre de la io chambre de combustion principale 17 Le déplacement du mélange air-carburant en cours de combustion à travers le passage de flamme 32 aspire dans le passage de flamme un courant de mélange air-carburant provenant de la partie périphérique de la chambre de combustion principale, à I 5 travers les conduits d'aspiration 38, 39 et 40 Ce mélange suit la flamme pour conduire à une combustion plus com- plète De plus, cet écoulement de mélange à travers les conduits d'aspiration et dans le passage de flamme est intensifié par l'augmentation de la pression qui règne dans la chambre de combustion principale 17, provoquée par la combustion du mélange qui s'y trouve Cet écoulement en retour à travers les conduits d'aspiration freine l'aug- mentation de la température et de la pression dans la cham- bre de combustion principale 17, et empêche ainsi l'appari- tion du phénomène indésirable de "cognement" De plus, l'écoulement à travers les conduits d'aspiration a pour résultat une combustion plus complète du mélange qui se trouve dans la chambre de combustion principale, de sorte que les émissions de CO et de HC sont réduites. En dirigeant le passage de flamme 32 vers la partie centrale de la chambre de combustion principale 17, il est possible de réduire la distance de propagation de la flamme destinée à faire brûler le mélange dans toutes les parties de la chambre de combustion en cours d'expansion. Ceci contribue à empêcher encore plus l'apparition du phénomène de cognement. Pendant la course d'aspiration du piston 10, du mélange air-carburant relativement riche est aspiré dans la chambre de combustion principale 17 à travers la chambre de combustion auxiliaire 31 Pendant la course de compression consécutive du piston 10, une partie de ce mélange relati- vement riche, qui est rendue plus pauvre par le mélange air-carburant relativement pauvre provenant de la chambre de combustion principale, est repoussée dans la chambre de combustion auxiliaire 31 Le mélange résultant qui se trouve dans la chambre de combustion auxiliaire 31 et dans IO la chambre à bougie 36 est à peu près stoechiométrique. Une turbulence intense est engendrée dans ce mélange Ce mélange idéal est facilement allumé par les électrodes de la bougie d'allumage La flamme de combustion résultante se propage dans la chambre de combustion auxiliaire 31, I 5 qui est le siège d'une turbulence intense, et, à travers le passage de flamme 32, dans la chambre de combustion principale 17 A ce moment, la flamme de combustion tra- versant le passage de flamme 32 contient un mélange riche comportant une faible proportion non brûlée et est ainsi projetéedans la chambre de combustion principale 17 de manière à suivre le mélange brûlé précédent Il en résulte que la combustion du mélange se trouvant dans la chambre de combustion principale 17 est effectuée de façon douce, sans turbulence notable, de sorte que l'apparition des bruits de combustion est remarquablement réduite, et que le phénomène de cognement est simultanément em- nêché. Dans la variante de l'invention représentée aux Fig 3 à 7, les éléments du dispositif sont disposés de façon analogue et portent les mêmes références, avec le suffixe "a" La surface supérieure du piston 10 a n'est pas a plate, mais elle est pourvue d'un évidement 15 En outre, la face inférieure de la culasse est conformée en une cavité ovale 43 dans une partie autrement plate 44 de la culasse située au-dessus du piston 10 Une zone d'écra- sement 45 est ainsi formée entre le piston et la culasse, et cette zone entoure la chambre de combustion principale. La soupape principale d'admission 21 a et la soupape d'échap- pement 23 a débouchent toutes les deux dans la cavité 43. Deux passages de flamme 32 a sont disposés symétriquement dans la culasse 13 a et débouchent dans la cavité 43, et leurs extrémités amont débouchent respectivement dans la chambre de combustion auxiliaire 31 et dans la chambre à bougie 36 Un conduit d'aspiration 38, 39 partant de la zone d'écrasement 45 rencontre chaque passage de flamme a 2Un a 32 Une bougie d'allumage par étincelles unique 33 com- IO porte des électrodes 35 a disposées dans la chambre à bougie 36 Les axes longitudinaux des passages de flamme 32 ne a sont pas dirigés vers les électrodes 35 Les électrodes a sont disposées en dehors de la projection des extré- a mités amont des passages de flamme 32 Ainsi, lors de I 5 l'allumage, le coeur de flamme n'est pas soufflé par-le courant de mélange s'écoulant dans les passages de flamme 32 a en provenance de la chambre de combustion principale 17 a au voisinage de la fin de la course de compression du moteur Les passages de flamme 32 a divergent à partir de la chambre à bougie unique 36 a, comme on le voit bien à la Fig 5 La forme compacte de la chambre de combustion principale 17 a est améliorée par le mode de réalisation de l'invention représenté aux Fig 3 à 7 Comme précédemment, la distance qui sépare les extrémités amont 37 a des passa- ges de flamme 32 a des électrodes de labougie d'allumage est inférieure à la distance qui sépare ces extrémités amont de la surface d'étanchéité de la soupape auxiliaire d'admission 28 Le mode de réalisation de l'invention représenté à la Fig 8 utilise une cavité 46 de la culasse de forme ovalolde, cette cavité ayant la forme générale d'un double b lobe Un passage de flamme unique 32 débouche symétrique- ment dans cette cavité 46, et des conduits d'aspiration 38 b, 39 D et 40 b, disposés symétriquement, rencontrent le b passage de flamme 32 entre ses extrémités, et ces conduits d'aspiration partent de la zone d'écrasement 45 du bloc- moteur située au-dessus du piston. Dans le mode de réalisation de l'invention représenté à la Fig 9, il est prévu une cavité 47 dont la forme est aima O'ut: tre chacun de ces passages. Le fonctionnement des variantes des Fig 8 et 9 est le même que celui décrit plus haut. Ainsi, on voit que, au moins dans ses modes de réa- IO lisation préférés, l'invention fournit un moteur dans le- quel les procédés connus précités pour réduire le cognement sont utilisés au moyen d'une utilisation nouvelle des caractéristiques suivantes: (a) on a conféré à la chambre de combustion princi- I 5 pale une forme compacte nouvelle; (b) un ou plusieurs conduits d'aspiration partant de la chambre de combustion principale rencontrent le ou les passages de flamme; et (c) les électrodes de la bougie d'allumage sont dis- posées dans une position nouvelle par rapport à la chambre de combustion auxiliaire et au passage de flamme. Ces perfectionnements améliorent notablement les caractéristiques connues des moteurs par allumage par flamme en rendant minimal le cognement tout en améliorant simultanément la puissance de sortie et l'économie de carburant De plus, le moteur fonctionne doucement et tranquillement grâce à la réduction des bruits de combus- tion Ces bruits ne sont pas liés au cognement, et l'on sait qu'ils ne correspondent à aucune influence désavanta- geuse sur les performances du moteur. REVENDICATIONS - 1. Moteur à combustion interne et à piston, carac- a térisé en ce qu'il comprend au moins un cylindre ( 11; ila) comportant une chambre de combustion principale ( 17; 17 a) et une chambre de combustion auxiliaire ( 31; 31 a) reliées par un passage de flamme ( 32; 32 a; 32 b; 32 c), au moins un conduit d'aspiration( 38,39,40; 3 a,39 a; 3 b,39 b,40; 39 C)ren- contrant le passage de flammr Le entre ses extrémités et s'é- tendant à opartir d'une zorne iériphérique ( 45; 45 c) de la chanmbre de combustion principale, au moins une soupape principale IO d'admission ( 21; 21 a) destinée à fournir un mélange air- carburant à la chambre de combustion principale, une soupa- pe auxiliaire d'admission ( 28; 28 a) destinée à fournir un mélange aircarburant à la chambre de combustion auxiliaire, etune bougie d'allumage par étincelles ( 33; 33 a) comportant I 5 des électrodes qui communiquent avec la chambre de combus- tion auxiliaire, les électrodes ( 35; 35 a) de cette bougie étant situées au voisinage de l'extrémité amont du passage de flamme et la distance séparant l'extrémité amont du pas- sage de flamme de ces électrodes étant inférieure à celle qui sépare cette extrémité amont de la soupape auxiliaire d'admission. 2. Moteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un premier et un second carburateurs ( 19,269 ai 26 a)destinés à fourhir respectivenment un mélange rela- tivement pauvre à la chambre de combustion principale ( 17; 17 a) et un mélange relativement riche à la chambre de com- bustion auxiliaire ( 31; 31 a). 3. Moteur suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la soupape auxiliaire d'admission ( 28; 28 a) est située à une extrémité de la chambre de com- bustion auxiliaire ( 31; 31 a), et en ce que les électrodes ( 35; 35 a) de la bougie d'allumage ( 33; 33 a) communiquent avec l'autre extrémité de cette chambre. 4. Moteur suivant la revendication 3, caractérisé ence que l'axe longitudinal central de la bougie d'allumage a) ( 33; 33 a)passe au-dessousde laditeautre extrémité de la cham- bre de combustion auxiliaire ( 31; 31 a). 5. Moteur suivant l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l'axe longitudinal central du passa- ge de flamme ( 32) passe au-dessous d'un point situé sur l'axe longitudinal central de la chambre de combustion auxiliaire ( 31) et espacé vers l'intérieur de ladite autre extrémité de cette chambre d'une distance égale à un tiers de la longueur de la chambre de combustion auxiliaire. 6. Moteur suivant l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce qu'une zone d'écrase- TO ment ( 45; 45 c) est délimitée entre le piston ( 10) et la culasse ( 13 a), le ou chaque conduit d'aspiration ( 38 a; 38 b,39;b 40 b 39 c) partant de cette zone d'écrasement. 7. Moteur suivant l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en de que les électrodes I 5 ( 35; 35) de la bougie d'allumage ( 33; 33) sont situées dans une chambre à bougie ( 36; 36 a) formée dans la culasse ( 13 r 13 ') et communiquant à la fois avec la chambre de combustion auxiliaire ( 31; 31 a) et avec le passage de flamme ( 32; 32 a; 32 b; 32 c) - 8 Moteur suivant l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce qu'une chambre de combustion principale ( 17 a) de faible volume est formée par une cavité ( 43; 46; 47) ménagée dans la culasse ( 13 a et par un évidement ( 15 a) ménagé dans la partie supérieure du piston (LÈa) 9. Moteur suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la cavité ( 43) de la culasse ( 13 a) a une formea oaa-le. 10. Moteur suivant les revendications 6 et 8 prises ensemble, caractérisé en ce que la cavité ( 46) de la cu-las 7 se ( 13 a) a une forme ovaloide comportant deux lobes, un b passage de flamme unique ( 32) débouchant dans la partie centrale de cette cavité et plusieurs conduits d'aspiration ( 38; 49; 40) partant de la zone d'écrasement ( 45) et rencontrant ce passage de flamme unique. 11 Moteur suivant la revendication 7, caractérisé en ce que plusieurs passages de flamme ( 32 a) s'étendent à partir de la chambre à bougie ( 36 a) jusqu'à des emplace- ments espacés de la chambre de combustion principale ( 17 a), chaque passage de flammp étan 1 rcnp par un conduit d'aspi- ration ( 38 a, 39 a) 12 Moteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la distance séparant l'extrémité amont ( 37) du passage de flamme ( 32) des élec- trodes ( 35) de la bougie d'allumage ( 33) est inférieure au triple du diamètre du passage de flamme à son extrémité IO amont.