Brevet FR2624917A1 — publié le 19890623

PROCEDE ET DlSPOSmF POUR AMELIORER LA COMBUSTION DANS UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention se rapporte à un procédé Pour améliorer la combustion dans un moteur à combustion interne, et aux moyens pour la mise en oeuvre de ce procédé. Elle a pour but d' améliorer la combustion des moteurs à allumage commandé pourvus de cylindres dont 1' alésage est relativement important. Une combustion normale dite "déflarrante" correspond à une vitesse de déplacement du front de flamme et doit être totale en un temps fonction de la vitesse de rotation du moteur. En outre elle doit se rapprocher le plus possible d'une combustion à volume constant pour accroître le rendement thermodynamique du cycle. Jusqu' à présent, pour réaliser cet objectif, la bougie servant à 1' allumage du mélange est au mieux placée au centre de la chambre, et la propagation du front de flamme s' effectue du point d' ignition lusqu' aux parois où a lieu son extinction. La vitesse de propagation de la flamme est fonction de la richesse et du poids volumique du mélange, ce qui implique une adaptation du moment de 1' allumage en fonction de la position du piston. Le contrôle de la combustion déflagrante évite les combustions anormales entraînant les phénomènes de détonation bien connus par leurs méfaits. De plus, pour réduire au mieux les pol!uants provenant de la combustion, il faut s' efforcer de brûler un mélange pauvre qui, par son hétérogénéité, s' oppose à la propagation normale de la flamme en son sein. La plus grande pression moyenne effective sera obtenue par la combustion la plus totale de la plus importante charte admise par unité de temps. Pour ce faire, on utilise en général quatre soupapes (deux d1 admission et deux d' échaDpement! par cylindre, avec pour unique possibilité d'installer une bougie, I' emplacement au milieu de celles-ci. Suivant une Darticularité essentielle de 1' invention, le procédé pour améliorer cette combustion consiste à remplacer un point d' allumage généralement Dlacé au centre de la chambre de combustion, par un nombre de points d' allumage égal au nombre de soupapes par cylindre, chacun de ces points étant situé dans l'axe de la soupape correspondante qui constitue ainsi une véritable bougie d'allumage. Dans l'exemple précédent, quatre point d'allumage vont remplacer cet emplacement central de bougie. Chaque soupape peut donc iouer en plus de son rôle habituel, le rôle d' une bougie d' allumage. D' autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit de deux modes de réalisation préférés, donnés à titré d' exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure l représente une vue partielle d' un moteur essence quatre soupapes par cylindre, en coune suivant les deux axes de deux soupapes conformes à l'invention - et la figure 2 représente une vue analogue pour un moteur dérivé, en version Diesel et injection directe. La disDosition illustrée à la figure 1 est particulièrement adaptée à des cylindres dont l' alésage serait supérieur ou égal à quatre vingt dix millimètres, et munis de quatre soupapes l. Celles-ci en plus de leur rôle distributif du mélange assurent la formation d' un arc électrique, dont 1' énergie a été mise en jeu par les systèmes connus d'alimentation des bougies. Flles sont en céramique Drésentant les qualités mécaniques et la permittivité requises pour cette fonction. La liaison des coupelles de ressort avec les soupapes Peut s'effectuer traditionnellement par des demi-dés encastrés, soit dans un fourreau acier 14 rapporté sur la queue de soupape, soit directement sur celle-ci. Un fond de soupape 2 en acier est rapporté par le moyen le plus approprié sur la tête. Il comporte un bulbe présentant des échancrures et une électrode de masse 3 en son centre. Les soupapes sont creuses et recoivent une ti?e centrale 4 dont 1' extrémité est pourvue d'une électrode 5 faisant vis-à-vis avec I' électrode de masse. Les extrémités des queues de soupapes coulissent dans des fourreaux 6, en céramique appropriée, centrés dans le couvercle de culasse et alignés dans l' axe des guides de soupapes 7. Ces fourreaux sont bloqués en place par des écrous 8 capables de reccevoir un système rendant étanche la liaison du conducteur électrique avec la borne 9 du fourreau. A l'intérieur de celui-ci, un ressort 10 transmet le courant haute tension à la tête 11 de la tiRe 4, sous laquelle sont interposées des rondelles de réglage 12. La chambre intérieure des fourreaux est isolée du milieu qui règne dans le couvercle de culasse par des ioints toriques 13. Tout éventuel réglage de l' écartement des électrodes peut s' effectuer par la mise en Dlace du nombre adéquat de ronclelles 12. Par cette construction, chaque soupape joue le rôle d' une bougie, I' arc électrique prenant naissance gr8ce à la mise à la masse de l'électrode du fond de soupape avec le siège 15 sur lequel il repose. L1 emploi de soupapes louant le rôle de bougies entraîne une cinématique spéciale de leur commande, et une conception particulière des carters et culasse, suivant le descriptif ci-dessous Pour un même cylindre, chaque paire de soupapes est mise en mouvement par l'intermédiaire d'un étrier rotulé i6. Celui-ci est sollicité par un culbuteur 17 actionné par un arbre à cames 18. Ce culbuteur prend appui sur un poussoir hydraulique inversé 19. La culasse est débarassée des bossages recevant la ou les bougies par cylindre. Son refroidissement en est ainsi amélioré et permet de satisfaire une combustion rapide qui peut s' effectuer dans une chambre plate avec des soupapes parallèles à l'axe du cylindre. L'ensemble de ces particularités autorise d'envisager une culasse faisant corps avec le carter des cylindres, dont l'élaboration sera facile. A cet avantage s'ajoute celui de la suppression des bossages de fixation liant traditionnellement la culasse au carter cylindre, et de celle du joint de culasse. De ce fait, l'élaboration en fonderie de cette pièce monobloc se trouvera simplifiée et son refroidissement fonctionnel amélioré. Pour la minimiser, elle sera limitée au plan de joint des arbres à cames. ('eux-ci tourillonneront entre elle et le couvercle de culasse 20, autorisant ainsi des paliers de faible diamètre. Le couvercle de culasse n'est plus qu'un simple chapeau en aluminium, facile à obtenir en coulée sous pression. Le carter de vilebrequin sera étudié suivant la spécificité des moteurs appelés à recevoir la culasse formant carter des cylindres. Il s'ensuit un ensemble de pièces plis simples et plus économiques ainsi que la suppression des Joints de culasse, et des vis de fixation. L' emploi de quatre soupapes par cylindre, distribuant en chacun de leur centre l' étincelle nécessaire à 1' allumage, favorise dans une cylindrée unitaire maximale, compatible avec une vitesse de rotation élevée, I' obtention d' une pression moyenne effective importante. L'ensemble de la chambre est subdivisé en quatre parties sensiblement égales et le temps de la combustion totale est de ce fait particulièrement réduit. II s'ensuit que le mélange non brillé n' a pas le temps d' être porté à température élevée et d' entraîner la détonation. Le taux de compression peut être augmenté et l' avance à 1' allumage réduite, accroissant ainsi le rendement thermodynamique. Les bulbes formés en chaque point d' allumage par les fonds de soupapes provoquent un mouvement tourbillonnaire qui conduit à la diffusion de plusieurs zones d' inflammation à partir de chacune des soupapes. Les mélanges pauvres seront plus facilement brûlés malgré leur nétérogénéité, entraînant une diminution de tous les polluants et de la consommation spécifique, ce qui repousse d' autant I' emploi de pots catalvtiques en fonction des normes à respecter. L' usage de l' essence sans plomb pourra se faire à taux de compression plus élevé. Enfin, la structure des culasses et carters inhérente à I' emploi de soupapes-bougies induit un refroidissement indispensable à l' obtention d' une puissance massique élevée par la disparition des bossages relatifs aux bougies et vis de fixation de culasse. Rien n'entrave plus le refroidissement du fond de chambre et des sièges de soupapes qui s' y trouvent rapportés. Ce mode d' allumage peut en outre être régulé électroniquement suivant la charge, par la coupure d' un ou deux points d' allumage. II convient donc parfaitement aussi bien aux voitures de tourisme e équipées d' un moteur d' une cylindrée unitaire relativement importante, qu' aux voitures de compétition, avec des pièces maîtresses communes. Celle-ci (culasse formant carter des cylindres et carter de vilebrequin, ainsi que le couvercle de culasse) sont simplifiées et de plus, totalement aptes à la "diélisation" du moteur en injection directe, suivant la figure 2. REVENDICATIONS. 1. Procédé pour améliorer la combustion d'un moteur à allumage commandé du tvpe multisoupapes, caractérisé en ce qu'il consiste à remplacer un point d' allumage rénéralement placé au centre de la chambre de combustion de ce moteur, par un nombre de points d' allumage égal au nombre de soupapes par cylindre, chacun de ces points étant situé dans 1' axe de la soupape correspondante aui constitue ainsi une véritable bougie d' allumage. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il incorpore des soupapes creuses (1) qui comportent chacune une tige centrale (4) dont l'extrémité est pourvue d'une électrode (5) en vis-à-vis avec une électrode de masse (3) solidaire d' un fond de soupape (2) raPporté sur la tête de la soupane. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les extrémités des queues de soupape coulissent dans des fourreaux (6) centrés dans un couvercle de culasse (2D) coaxialement aux guides de soupapes (7), bloqués en place par des écrous (8), et renfermant chacun un ressort (10) pour transmettre le courant haute tension de la borne (9) du fourreau à la tête (11) de la tige centrale (4) sous laquelle sont interposées des rondelles de réglage (12). 4. dispositif suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les écrous (s) reçoivent chacun un système rendant étanche la liaison d' un conducteur électrique avec la borne (9) du fourreau (6). 5. Dispositif suivant 1' une quelconque des revendications 2, 3 et 4, caractérisé en ce que la chambre intérieure d' un fourreau (6) est isolée du milieu qui règne dans le couvercle de culasse (20) par des oints toriques (13). 6. Dispositif suivant Punie quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce aue ces soupanes (1) sont en matériau réfractaire tel que la céramique.