Brevet FR2628478A1 — publié le 19890915

tK2628478 La présente invention concerne un moteur à combustion interne à allumage indépendant et à compression de mélange, comprenant une culasse comportant une cavité servant de chambre de combustion principale et une chambre de combustion auxiliaire pourvue d'une bougie d'allumage et reliée à la chambre de combustion principale par l'intermédiaire d'un orifice d'admission, duquel une partie du mélange air-carburant provenant de la chambre de combustion pÈncipale est refoulée au moyen d'un piston et, après que l'allumage a été effectué, sort sous une pression élevée et à grande vitesse sous la forme d'un jet d'allumage dirigé vers une zone de la surface de tête du piston. Un moteur à combustion interne du type considéré est connu par exemple d'après le brevet - DE-26 26 550. La chambre de combustion auxiliaire est alors située à proximité de la zone supérieure de sommet de la chambre de combustion principale de forme sphérique. La chambre de combustion auxiliaire comporte en outre un orifice d'admission d'une section relativement grande. Cet orifice est dirigé vers la chambre de combustion principale de telle sorte que le jet d'allumage sortant pénètre avec une composante d'écoulement tangentielle dans la chambre de combustion principale et met ainsi en mouvement le mélange air- carburant comprimé. Par suite de cette disposition de l'orifice d'admission dans la chambre de combustion principale, l'inflammation du mélange commence dans la partie supérieure de la chambre de combustion principa- le et le front de flammesprogresse ensuite en direction du piston. Ainsi, du mélange air-carburant imbrûlé est comprimé dans l'intervalle de jeu du piston, ce qui constitue la cause principale d'augmentation des résidus d'hydrocarbures dans les gaz d'échappement. 2 2628478 L'invention a pour objet d'agencer un moteur à combustion interne connu comportant une chambre de combustion principale et une chambre de combustion auxiliaire de telle sorte qu'il se produise un haut rendement pondérai de combustion du mélange air- carburant et une forte réduction des éléments nocifs, notamment des hydrocarbures imbrûlés. Ce problème est résolu conformément à l'invention en ce que l'orifice d'admission est disposé concentriquement à l'axe longitudinal central du cylindre et en ce que la zone de la surface de tête de piston est agencée sous la forme d'une surface plane de renvoi, placée en regard de l'orifice d'admission et orientée perpendiculairement à la direction du jet d'allumage. Grâce à l'invention, on obtient que le jet d'allumage sortant de l'orifice d'admission sous une pression élevée et à grande vitesse arrive après une course aussi courte que possible sur la surface de renvoi existant sur la tête de piston. Du fait de la course relativement courte du jet, on est assuré que ce jet d'allumage ne soit pas dissocié par des mouvements du mélange dans la chambre de combustion principale et qu'en tout cas, initialement seulement une partie du mélange situé dans la zone périphérique du jet d'allumage soit enflammée. Par suite de l'orien- tation perpendiculaire de la surface de renvoi par rapport à la direction du jet d'allumage, celui-ci est divisé uniformément dans des directions radiales après impact sur la surface dernvoi. Les filets de flammes déviés radialement sur la tête du piston produisent sur cette tête un foyer surfacique qui, après atteinte de la paroi du cylindre, est dévié dans la cavité de la culasse et en partie dans l'intervalle de jeu entre le piston et le cylindre. L'inflammation du mélange 3 2628478 air-carburant dans la chambre de combustion principale commence ainsi par la formation du foyer surfacique ou en nappe sur la tête du piston. Le front de flammes en résultant se propage en direction de la cavité existant dans la culasse. Le mélange air- carburant imbrûlé se trouvant en avant du front de flammes est ainsi comprimé sous une pression croissante en direction de la cavité. Avec l'inven- tion, on obtient ainsi un déroulement de combustion qui présente les avantages particuliers indiqués dans la suite: - Sous l'effet de la nappe de flammes, l'intervalle de jeu entre le piston et le cylindre est isolé du mélange imbrûlt et, en relation avec le mouvement du front de flammes, on empêche que du mélange imbrûlé puisse être refoulé dans ledit intervalle de jeu. On obtient ainsi une diminution importante des hydrocarbures imbrûlés dans les gaz d'échappement. - Par suite de l'inflammation sur grande surface du mélange air-carburant, la combustion se déroule avec une grande vitesse de conversion d'énergie. Du fait que cela est lié à une amélioration de l'uniformité de combustion, on obtient ainsi une augmentation du rendement opérationnel. - Du fait de la grande vitesse de conversion d'énergie et de la grande vitesse de brûlage du mélange qui en résulte,.on réduit le risque de production d'une combustion incomplète. - Grâce à l'inflammation du mélange sur une grande surface, on obtient de bonnes conditions pour l'utili- sation de mélanges très appauvris, sans perturbations sensibles dans le déroulement de la combustion. Selon une particularité de l'invention, il est prévu devant l'orifice d'admission un tube protecteur orienté en direction de la chambre de combustion principale; on obtient ainsi un isolement du jet d'allumage par rapport au mélange comprimé dans la chambre de combustion principale, de sorte qu'une inflammation de parties du mélange au voisina- ge immédiat du jet d'allumage est empêchée dans une large mesure. Selon d'autres particularités de l'invention - dans la position de point mort haut du piston, la surface de renvoi est espacée de l'embouchure de l'orifice d'admission d'une distance d'environ 4 à 10 mm; le volume VHB de la chambre de combustion auxiliaire est compris entre environ 0,01 et 0,03 fois le volume de compression.VC de la chambre de combustion principale. Le jet d'allumage arrive ainsi sur la surface de renvoi prévue sur la tête du piston en possédant une grande vitesse désirée et également l'énergie nécessaire pour une combustion rapide du mélange. Selon encore une autre particularité de l'invention: - la cavité prévue dans le fond de culasse a - considére en section droite - la forme d'un oméga inversé; le front de flammes partant de la tête de piston se propage autant que possible de façon équi- distante en direction de la paroi de culasse délim_- tant la chambre de combustion principale. Pour que le jet d'allumage divisé sur la tête du piston atteigne en un temps aussi court que possible les parois du cylindre, il est avantageux que la tête du piston - considérée en section droite - soit pourvue d'un alvéole en forme d'oméga, dont la saillie située dans la zone de l'axe central longi- tudinal du cytindre est aplatie sous la forme d'une surface, plane de renvoi} que la tête de piston comporte un alvéole en forme de calotte et qu'elle ait une surface plane dans l'ensemble. Enfin, il est avantageux pour le parcours du jet d'allumage que l'orifice d'admission ait un diamètre de 1 à 3 mm. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente en vue en coupe verticale la chambre de combustion principale, délimitée par une tête plane de piston, du moteur à combustion interne conforme à l'invention, la figure 2 représente la chambre de combustion principale de la figure 1, qui est cependant délimitée du côté du piston par une tête de piston en forme de calotte. Le moteur à combustion interne de la figure 1 comporte un cylindre 1 dans lequel coulisse un piston 2. Le piston 2, représenté dans sa position de point mort haut, comporte une tête plane 3, qui délimite une chambre de combustion principale 5 en coopération avec une cavité ménagée dans une culasse 4 obturant le cylindre 1. Dans la culasse 4, il est prévu une chambre de combustion auxiliaire 6, qui est reliée par un orifice d'admission 7 avec la chambre de combustion principale 5. L'orifice d'admission 7 est dirigé concentriquement à l'axe central longitudi- nal 8 du cylindre 1. Dans la chambre de combustion auxiliaire 6 est disposée une bougie d'allumage 9, qui enflamme le mélange air-carburant refoulé dans le temps de compression de la chambre de combustion principale dans la chambre de combustion auxiliair2. Le jet d'allumage 10 sortant sous une pression Sl2e 6 2628478 et à grande vitesse de la chambre de combustion auxiliaire arrive sur une zone de la surface de la tête de piston 3 qui est placée en regard de l'orifi- ce d'admission 7 et qui est indiquée par une ligne de flèche et il est alors décomposé en filets de flammes 11 dirigés radialement vers l'extérieur sur la tête de piston 3. Pour obtenir alors une répartition aussi uniforme que possible des filets de flammes 11 sur toute la surface de la tête de piston, la zone précitée de ladite surface est agencée comme une surfa- ce de renvoi 12, plane et orientée perpendiculairement à la direction du jet d'allumage 10. Les filets de flammes 11 dérivés par la surface de renvoi 12 en direction de la paroi du cylindre enflamment la couche d'air et de carburant soumise à une compression continue de sorte qu'il se forme sur la tête de piston 3 un foyer surfacique ou en nappe, qui constitue le point de départ de l'inflammation du mélange dans la chambre de combustion pÈncipale 5. Simultanément, le foyer en nappe forme une couche d'arrêt entre l'intervalle de jeu 14 prévu pour le piston 2 et le mélange situé au-dessus. A partir du foyer en nappe, la combustion du mélange se propage ensuite du piston 2 en direction de la culasse 4. Du fait que la combus- tion a déjà été amorcée par la projection des filets de flamme 11 en direction de la paroi du cylindre, le front de flammes se propage dans la cavité en étant délimité du côté de la culasse par un contour légère-, ment incurvé vers l'avant, comme le montrent les lignes en traits mixtes 13. Le mouvement du front de flammes en direction de la surface de délimitation de la chambre de combustion du côté de la culasse s'effectue ainsi d'une façon approximativement équidistante. Par ce moyen, on empêche que du mélange imbrûlé pendant la combustion puisse être comprimé dans l'intervalle de jeu 7 o u2628478 14. Du fait de l'inflammation du mélange sur une grande surface, on obtient une combustion se déroulant avec une grande vitesse de conversion d'énergie, une grande vitesse de brûlage et par conséquent en relation avec une brusque augmentation de la pression pendant la combustion. La chambre de combustion auxiliaire 6 formée dans la culasse 4 est délimitée par rapport à la chambre de combustion principale 5 à l'aide d'une piece rapportée 15 en forme de pot qui est mise en place dans la culasse et qui contient également l'orifice d'admission 7. Cette pièce rapportée 15 est pourvue d'une partie tubulaire de protection 16 entourant l'orifice d'admission 7 et s'étendant en direction de la tête de piston concentriquement à l'axe 8. Ainsi le jet d'allumage 10 est isolé de la meilleure facon possible par rapport au mélange encore imbrûlé se trouvant dans la chambre de combustion principale 5 et on évite une inflammation prématurée du mélange. Pour que le front de flammes puisse progresser de façon non perturbée dans la chambre de combustion principale 5, il est particulièrement avan- tageux que celle-ci comporte une paroi de délimitation, placée du côté de la culasse, qui soit sensiblement adaptée au contour du front de flammes; ainsi la chambre de combustion principale 5 - considérée en section droite - a la forme d'un oméga inverse. Dans le cadre de l'invention, il est possible d'envi- sager d'autres formes pour la chambre de combustion principale 5, évidemment sans diminution des effets avantageux de l'invention. Pour obtenir une inflammation rapide du mélange et des vitesses de combustion aussi grandes que possible, il est avantageux par exemple que le volume (VH^) de la chambre de combustion auxiliaire 6 soit a 2628478 compris entre environ 0,01 à 0,03 fois le volume de compression Vc de la chambre de combustion principale 5. A cet égard, il est possible d'obtenir une vitesse d'écoulement aussi grande que possible du jet d'allumage 10 sortant de la chambre de combustion auxliaire 6 lorsque l'orifice d'admission a un diamètre de 1 à 3 mm et lorsque cet orifice est espacé, dans la position de point mort du piston 2, d'une distance "a" d'environ 4 à 10 mm de la surface de renvoi 12, 18. L'exemple de réalisation de la figure 2 se différencie de celui de la figure 1 seulement par le fait que le piston 2 est pourvu d'une tête 17 profilée en forme de calotte. Ainsi les filets de flammes 11 déviés par la surface de renvoi 18 ont une orientation dirigée vers la cavité de culasse, ce qui permet d'obtenir une meilleure déviation des filets de flamme 11 sur la surface de délimitation de chambre de combustion. En variante, la tête de piston 3 peut également être pourvue d'une cavité en forme d'oméga, dont la saillie située dans la zone de l'axe central longitudinal 8 du cylindre est agencée sous forme d'une surface plane de renvoi. 9 2628478 REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne à allumage indépendant et à compression de mélange, comprenant une culasse comportant une cavité servant de chambre de combustion principale et une chambre de combustion auxiliaire pourvue d'une bougie d'allumage et reliée à la chambre de combustion principale par l'intermé- diaire d'un orifice d'admission, duquel une partie du mélange aircarburant provenant de la chambre de combustion principale est refoulée au moyen d'un piston et, après que l'allumage a été effectué, sort sous une pression slevée et à grande vitesse sous la forme d'un jet d'allumage dirigé vers une zone de la surface de tête du piston, caractérisé en ce que l'orifice d'admission (7) est disposé concentriquement à l'axe longitudinal central (8) du cylindre et en ce que la zone de la surface de tête de piston (3) est agencée sous la forme d'une surface plane de renvoi (12, 18), placée en regard de l'orifice d'admission (7) et orientée perpendiculairement à la direction du jet d'allumage (10). 2. Moteur à combustion interne à compression de mélange selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu devant l'orifice d'admission (7) un tube protecteur (16) orienté en direction de la chambre de combustion principale (5). 3. Moteur à combustion interne à compression de mélange selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, dans la position de point mort haut du piston (2), la surface de renvoi (12, 18) est espacée de l'embouchure de l'orifice d'admission (7) d'une distance d'environ 4 à 10 mm. 4. Moteur à combustion interne à compression de mélange selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le volume VHB de la 2628478 chambre de combustion auxiliaire (6) est compris entre environ 0,01 et 0, 03 fois le volume de compression V de la chambre de combustion principale (5). 5. Moteur à combustion interne à compression de mélange selon une quelconque-des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la cavité prévue dans le fond de culasse a considéréen section droite - la forme d'un oméga inversé. 6. Moteur à combustion -interne à compression de mélange selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la tête de piston (3) - considé- rée en section droite - est pourvue d'un alvéole en forme d'oméga, dont la saillie située dans la zone de l'axe central longitudinal du cylindre est aplatie sous la forme d'une surface plane de renvoi. 7. Moteur à combustion interne à compression de mélange selon une quelconque des revendications 1 à , caractérisé en ce que la tête de piston (3) comporte un alvéole en forme de calotte. 8. Moteur à combustion interne à'compression de mélange selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la tête de piston (3) comporte une surface plane dans l'ensemble. 9. Moteur à combustion interne à compression de mélange selon une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'orifice d'admission (7) a un diamètre compris entre 1 et 3 mm.