Brevet FR2590935A1 — publié le 19870605

L'invention concerne un moteur à combustion interne comportant une chambre de combustion à injection directe du carburant, qui est disposée de façon excentrée dans le piston et possède un injecteur monté sur le pourtour de la chambre de combustion. Dans un moteur à combustion interne à piston à injection directe du carburant, qui est projeté par un injecteur dans la chambre de combustion formée dans le piston du moteur, il est nécessaire, en vue d'améliorer des paramètres de combustion, qu'un tourbillonnement suffisant de la masse d'air soit garanti pour le processus de combustion. Le tourbillonnement possède une composante tangentielle et une composante radiale. La composante tangentielle du tourbillonnement est due à la rotation de la masse d'air approximativement dans des plans qui sont perpendiculaires à l'axe du cylindre. La composante radiale du tourbillonnement apparaît sous l'effet de la rotation de la masse d'air le long d'axes qui sont approximativement perpendiculaires à l'axe du cylindre, et dans des plans qui sont parallèles à l'axe du cylindre. Le tourbillonnement tangentiel est produit par la sortie de l'air s'effectuant depuis les canaux de la culasse en passant par les soupapes, et ce lors de l'admission de l'air dans le cylindre du moteur pendant le temps de remplissage. Le tourbillonnement doit être également maintenu pendant la durée de la course de compression du piston, mais la force du tourbillonnement chute en raison des pertes internes. Ce tourbillonnement et sa formation représentent des pertes d'énergie et leur action diminue en raison de l'affaiblissement de ce tourbillonnement, et ce jusqu'aux premiers instants de la combustion. Le tourbillonnement radial apparaît par suite de la circulation de l'air et de son refoulement hors de l'interstice présent entre la surface supérieure du piston et la culasse, pendant le déplacement du piston en direction du point mort haut. Le tourbillonnement en rotation (cet écoulement d'air) pénètre dans la chambre de combustion. Le tourbillonnement radial présente, par rapport au tourbillonnement tangentiel, des avantages qui sont basés sur le fait qu'il apparaît directement avant le début de la combustion, n'influe pas sur la forme des canaux de remplissage et est peu exigeant du point de vue énergétique. C'est pourquoi l'utilisation du tourbillonn-ement radial à un degré aussi élevé que possible et en un emplacement approprié permet d'obtenir une action plus intense dans l'utilisation de l'air et accroît fortement le rendement de combustion. Dans les formes de réalisation connues des chambres de combustion et également dans des formes de combustion qui sont disposées d'une manière excentrée dans le piston, on obtient la plupart du temps un tourbillonnement dirigé d'une manière inappropriée et une suppression partielle de la force de tourbillonnement compte tenu de l'écoulement d'air souvent assez uniforme sortant de l'ensemble du pourtour du piston. Un autre inconvénient est lié au fait que le tourbillonnement radial maximum est obtenu a l'extérieur de la zone où arrive le carburant sortant de l'injecteur, de sorte que le tourbillonnement de l'air possède une action relativement faible pour réaliser la formation du mélange combustible. Cet inconvénient limite l'obtention d'une combustion plus efficace de doses de carburant également relativement assez importante en vue d'obtenir des puissances spécifiques supérieures dans le cas ou il est nécessaire de respecter les limites requises concernant la fumée sortant d'un moteur et les valeurs maximales admissibles pour les courants de gaz d'échappement nuisibles. De ce fait il n'est également plus possible de réduire d'une manière efficace également la consommation spécifique du carburant et d'éliminer les effets nuisibles de la calamine dans la chambre de combustion avec toutes les influences nuisibles sur le fonctionnement du moteur à combustion interne, sur sa durée de vie, sa fiabilité et d'autres caractéristiques utiles. Un problème à la base de l'invention consiste à former une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne à pistons, dans laquelle le tourbillonnement radial possède l'intensité maximale possible, et ce au niveau du point d'incidence du carburant sur la paroi de la chambre de combustion, et qui fournisse simultanément un allongement du trajet et de la longueur libres du jet de carburant injecté, qui traverse la masse d'air a l'intérieur de la chambre de combustion. Ce problème est résolu conformément à l'invention dans un moteur à combustion interne à injection directe du carburant, comportant un piston muni d'une face frontale plane, une chambre de combustion disposée d'une manière asymétri-: que dans le piston et possédant une profondeur variable, une culasse munie d'une surface inférieure plane et un injecteur disposé d'une maniere décentrée et faisant un angle aigu par rapport à la surface plane inférieure de la culasse, caractérisé en ce que la chambre de combustion, qui est disposée dans un large mesure dans la moitié du piston, qui est inclinéepar rapport à l'injecteur, débouche dans la surface frontale du piston, par une ouverture qui possède une forme en V s'élargissant en direction de l'axe du cylindre et délimitée par rapport à la surface frontale plane, sur le côté le plus rapproché du centre du cylindre, par un arc qui possède un diamètre supérieur au diamètre du piston et que la chambre de combustion possède sa profondeur maximale dans la zone de tourbillonnement qui est située dans la région qui est la plus éloignée du pourtour du piston, et possède sa profondeur minimale dans la zone d'entrée qui est située dans la région la moins éloignée du pourtour du piston, l'injecteur étant disposé au voisinage de la zone d'entrée de la chambre de combustion. L'axe de l'injecteur fait avec la surface plane inférieure de la culasse un angle qui est inférieur à l'angle entre le fond de la chambre de combustion et cette surface plane. L'angle entre l'axe de l'injecteur et la surface info- rieure plane de la culasse est compris entre 15" et 45"etl'an- gle entre le fond de la chambre de combustion et la surface plane inférieure de la culasseluiest supérieur, d'une moitié de l'angle du cône de projection centrale du carburant. L'axe du cône de projection du carburant du jet central fait un angle compris entre 0" et 20 avec le plan qui passe par l'axe du piston et l'extrémité de l'injecteur. L'avantage du processus de combustion conforme à l'invention est basé sur l'obtention d'un tourbillonnement radial nettement supérieur dans la chambre de combustion, notamment au niveau du point d'incidence des jets de carburant, où l'utilisation de ce tourbillonnement est maximum. On obtient de ce fait une meilleure formation du mélange combustible et par conséquent la possibilité de réduire la consommation spécifique du carburant, une suppression de la calamine dans la chambre de combustion et une amélioration de la durée de vie et de la fiabilité du moteur à combustion interne. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la figure l représente une vue en coupe longitudinale de la chambre de combustion selon l'invention ; et - la figure 2 représente une projection en plan de la chambre de combustion. Dans un piston 1, qui est muni d'un segment 12 et qui possède une surface frontale plane 13, se trouve disposée une chambre de combustion 6 qui possède sa profondeur maximale H dans la zone de tourbillonnement, où se produit le tourbillonnement radial maximal et où arrive l'extrémité du jet de carburant injecté. Le piston 1 se déplace dans un cylindre 3. Le cylindre 3 et la chambre de combustion 6 sont recouverts par la surface plane inférieure 4 d'une culasse 15 montée sur le cylindre 3. Un interstice 7 est présent entre cette surface plane inférieure 4 de la culasse 15 et le pis ton 1.La chambre de combustion 6 débouche dans la surface frontale 13 du piston 1 par une ouverture 16 qui possède une forme en V s'élargissant en direction de l'axe du cylindre et est délimitée par rapport à la surface frontale plane, du cô- té le plus proche du milieu du cylindre, par un arc 14 qui possède un diamètre supérieur au diamètre du piston 1. Le fond 8 de la chambre de combustion 6 fait un angle ' avec la surface plane 4 entre la culasse 15 et le cylindre 3. La profondeur de la chambre de combustion 6 diminue dans la direction allant de la zone de tourbillonnement de la chambre de combustion 6 vers le bord 2 du piston,oueUepossedesa valeur minimale C.Au-dessus de la partie de la chambre de combustion 6 correspondant à la profondeur minimale C se trouve monté, dans cette zone d'entrée, un injecteur 5 disposé obliquement. L'axe de l'injecteur 5 fait un angle P avec la surface plane 4. Les parois marginales 9 de la chambre de combustion 6 sont adaptées à la forme des jets injectés de carburant, qui sont formés par un cône central de carburant 10 et des cônes latéraux de carburant 11. En vue d'une utilisation éventuelle du tourbillonnement d'air tangentiel, les jets de carburant sont orientés de telle sorte que le cône central de carburant 10 s'écarte d'un angle d par rapport au plan vertical qui passe par l'axe du piston 1 et l'embouchure du jet de carburant sortant de l'injecteur 5. L'angle , que fait l'axe de l'injecteur 5 avec la surface plane 4, est inférieur à l'angle i que fait le fond 8 de la chambre de combustion 6 avec la surface plane 4, et ce de la moitié de l'angle du cône de carburant. Un angle ss adapté se situe dans la gamme allant de 15 à 45". Lors du déplacement du piston 1 dans le cylindre 3 en direction du point mort haut du piston 1, c'est-à-dire en direction de la surface inférieure 4 de la culasse 15, l'interstice 7 diminue et l'air nécessaire pour la combustion est refoulé hors de cet interstice. Il pénètre dans la zone de tourbillonnement de la chambre de combustion 6, et ce aux endroits ou la profondeur H est maximale. Grâce à une disposi tion aussi excentrée possible de la chambre de combustion 6, on obtient également la profondeur H dans des zones d'éloignement maximum par rapport au bord 2 du piston et le tourbillonnement maximal possible dans la zone de profondeur maximale H de la chambre de combustion 6, dans laquelle le carburant arrive aux extrémités des cônes de carburant injecté 10 et 11. Grâce à une disposition de l'injecteur 5 aussi proche que possible du bord 2 du piston et du bord du cylindre 3, le carburant est injecté sur la longueur totale existant entre les parois marginales 9 de la chambre de combustion 6. Le carburant est injecté aux emplacements de la zone d'entrée de la chambre de combustion 6, où aucun tourbillonnement n'est nécessaire. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne à injection directe du carburant, comportant un piston (1) muni d'une face frontale plane, une chambre de combustion (6 ) disposée d'une manière asymétrique dans le piston et possédant une prof on deur variable, une culasse (15) munied'une surface inférieure plane (4) et un injecteur (5) disposé d'une manière décentrée et faisant un angle aigu par rapport à la surface plane inférieure de la culasse, caractérisé en ce que la chambre de combustion (6), qui est disposée dans une large mesure dans la moitié du piston (1), qui est inclinée par rapport à l!injec- teur (5), débouche dans la surface frontale (13) du piston, par une ouverture (16) qui possède une forme en V s'élargissant en direction de l'axe du cylindre et délimitée par rapport à la surface frontale plane, sur le côté le plus rapproché du centre du cylindre, par un arc (14) qui possède un diamètre supérieur au diamètre du piston (1) et en ce que la chambre de combustion (6) possède sa profondeur maximale (H)- dans la zone de tourbillonnement qui est située dans la région qui est la plus éloignée du pourtour du piston (1), et possède sa profondeur minimale (C) dans la zone d'entrée qui est située dans la région la moins éloignée du pourtour du piston (1), l'injecteur (5), étant disposé au voisinage de la zone d'entrée de la chambre de combustion (6). 2. Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe de l'injecteur (5) fait avec la surface plane inférieure (4) de la culasse (15), un angle (p), qui est inférieur à l'angle (d) entre le fond (8)de la chambre de combustion (6) et la surface plane (4). 3. Moteur à combustion interne selon les revendications l et 2 i caractérisé en ce que l'angle (P) entre l'axe de l'injecteur (5) et la surface inférieure plane (4) de la culasse (15)est compris entre 15 et 45 , l'angle (0() entre le fond (8) de la chambre de combustion (6) et la surface plane inférieure (4) de la culasse (15) étant supérieur, d'une moitié de l'angle du cône de projection du carburant, à l'angle 4. Moteur à combustion interne selon l'une, quelconque des revendications l à 3, caractérisé en ce que l'injecteur (5) est disposé de telle sorte que l'axe du cône central de carburant fait,avec un plan passant par l'axe du piston (1) et l'extrémité de l'injecteur (5), un angle (g) qui est compris entre OQ et 200.