Brevet FR2630497A1 — publié le 19891027

L'invention concerne un moteur à allumage par compression comportant une préchambre dont le canal de transfert est rectiligne et incliné par rap- port au plan de symétrie de la préchambre. On connaît des moteurs Diésel comportant, associée à chacun de leurs cylindres, une préchambre de turbulence, par exemple une préchambre du type Ricardo. Le moteur comporte un bloc-cylindre au-dessus duquel est placée une culasse à l'intérieur de laquel- le sont disposées les préchambres de turbulence de forme approximativement sphérique. Chacune des pré- chambres est reliée par un canal à une chambre princi- pale qui est délimitée, à l'intérieur du cylindre cor- respondant, par la tète du piston et par une partie adjacente de la culasse. Le canal de transfert a de préférence une disposition tangentielle par rapport à la préchambre et met en communication la préchambre avec la chambre principale. Dans la préchambre se trouve placé un injecteur généralement disposé à l'op- posé de l'embouchure du canal de transfert et une bougie qui permet d'assurer le préchauffage et l'in- flammation du mélange combustible au démarrage à froid du moteur. La préchambre comporte un plan de.symétrie passant par l'axe du cylindre correspondant et la bougie et l'injecteur sont disposés de façon que leurs axes de symétrie soient situés dans ce plan. De.même, l'axe longitudinal du canal de transfert qui est géné- ralement rectiligne est disposé dans le plan de symé- trie de la préchambre. Cette disposition correspond à un optimum, en particulier en ce qui concerne la position relative de l'injecteur et de la bougie, ce qui permet d'obte- nir des conditions de démarrage satisfaisantes à froid. Cependant, dans cette disposition, le canal de transfert débouche sous la bougie, si bien qu'il en résulte des perturbations dans l'écoulement des gaz à l'intérieur de la préchambre. La bougie constitue un obstacle aérodynamique très important qui perturbe le champ de vitesse au voisinage de l'injecteur. La com- bustion s'en trouve dégradée et il en résulte une aug- mentation des émissions de fumées et d'hydrocarbures imbr lés. Il est bien connu que la qualité du fonc- tionnement d'un moteur Diésel à préchambre est liée à la manière dont le mélange de l'air comprimé par le piston et du combustible pulvérisé par l'injecteur se fait dans la préchambre et à la manière dont les gaz enflammés passent dans la chambre principale. De préférence, le fluide en déplacement dans la préchambre doit être animé d'un mouvement tourbil- lonnaire autour d'un axe passant par le centre de la cavité de la chambre. Cet écoulement tourbillonnaire étant forte- ment perturbé par la présence de la bougie, il en ré- sulte des performances amoindries du moteur Diésel. Différentes solutions ont été proposées pour limiter les inconvénients dus à la présence de la bou- gie. On a par exemple proposé d'utiliser des bougies dont la position, la section, les dimensions et la pé- nétration dans la préchambre limitent les perturba- tions. Ces dispositions ne permettent cependant pas de maintenir des conditions favorables en ce qui concerne la position relative de l'injecteur et de la bougie à l'intérieur de la préchambre. On a également proposé, dans le brevet Fran- çais 86-09378, une préchambre dont l'axe du canal de transfert est une courbe gauche, la bougie saillante Z630497 3- dans la préchambre étant disposée par rapport à ce canal de transfert, de manière qu'un courant tourbil- lonnaire se forme autour de l'axe de la bougie, Un tel dispositif nécessite cependant un usinage complexe de la préchambre, en raison de la forme du canal de transfert. Le but de l'invention est donc de proposer un moteur à allumage par compression comportant au moins un cylindre dans lequel se déplace un piston et une préchambre de turbulence communiquant avec le cy- lindre par l'intermédaire d'un canal de transfert rec- tiligne, la préchambre présentant un plan de symétrie passant par l'axe du cylindre et comportant une bougie de préchauffage et un injecteur dont les axes de symé- trie sont situés dans le plan de symétrie de la pré- chambre, ce moteur présentant des performances amélio- rées grâce au fait que l'écoulement tourbillonnaire n'est pas perturbé par la présence de la bougie dans la préchambre, sans nécessiter toutefois un usinage spécial de la culasse et/ou de la préchambre. Dans ce but, l'axe longitudinal du canal de transfert fait un angle non nul avec le plan de symé- trie de la préchambre. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limi- tatif, en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation d'un moteur suivant l'inven- tion, comparativement à un moteur suivant l'art anté- rieur. La figure 1 est une vue en coupe par un plan vertical d'une partie d'un moteur Diésel de type clas- sique comportant une préchambre de turbulence. La figure 2 est une vue en perspective, avec arrachement, d'une préchambre d'un moteur suivant l'art antérieur. La figure 3 est une vue de dessus schémati- que d'une préchambre suivant l'art antérieur. La figure 4 est une vue en perspective avec arrachement, d'une préchambre de turbulence suivant l'invention. La figure 5 est une vue de dessus schémati- que de la préchambre suivant l'invention. Sur la figure 1,. on voit une partie du bloc- cylindre 1 et de la culasse 2 d'un moteur à allumage par compression. Le bloc-cylindre 1 comporte des cy- lindres tels que 3 dans chacun desquels se déplace un piston 4. La culasse 2 est usinée au-dessus de chacun des cylindres 3, de façon à délimiter une préchambre de turbulence 5 comportant un injecteur de carburant 6 et une bougie de préchauffage 7. La préchambre 5 de forme sensiblement sphé- rique est délimitée à sa partie supérieure par une paroi hémisphérique usinée à l'intérieur de la culasse 2. La partie inférieure de la préchambre 5 est usinée à l'intérieur d'une pièce 9 rapportée et fixée à l'in- térieur d'un logement de forme correspondante usiné dans la culasse 2. Un canal de transfert 10 de direction sensi- blement tangentielle par rapport à la paroi de la pré- chambre 5 est usiné à l'intérieur de la pièce 9 et met en communication la partie supérieure du cylindre 3 et la partie inférieure de la préchambre 5. L'axe 11 de l'injecteur 6, l'axe 12 de la bougie 7 et l'axe 13 du canal 10 sont tous situés dans un même plan qui est un plan de symétrie de la pré- chambre 5 et du cylindre 3, c est-à-dire un plan de symétrie de la préchambre 5 passant par l'axe du cy- lindre 3. 263049? Cette disposition idéale de l'injecteur de la bougie et du canal de transfert est également re- présentée sur les figures 2 et 3 sur lesquelles les éléments correspondant à ceux représentés sur la figu- re t portent les mêmes repères. Cette disposition est particulièrement visi- ble sur la figure 3 o l'on a représenté la trace 14 du plan de symétrie sur le plan de figure. Ce plan de symétrie P de trace 14 est perpendiculaire à l'axe 15 du vilebrequin du moteur. Comme il est visible sur les figures 1 et 3, la surface supérieure du piston 4 est usinée pour constituer une cavité 16 en forme de trèfle de faible profondeur. Cette cavité délimite la chambre -principa- le avec la surface adjacente de la culasse, dans la position haute du piston 4. La forme particulière don- née à cette cavité située dans le prolongement du ca- nal de transfert 10 permet d'assurer une répartition optimale des gaz dans la chambre principale, par rap- port au piston 4. Cependant, comme il est visible sur la figu- re.2, l'air comprimé dans le cylindre 3 par le piston 4 et refoulé dans la préchambre 5 à travers le canal vient heurter l'extrémité de la bougie 7 saillante dans la préchambre 5 (flèches 18). La présence de la bougie perturbe donc l'écoulement des gaz dans la pré- chambre, ce qui se traduit par des performances amoin- dries du moteur. Sur les figures 4 et 5. on a représenté la préchambre 20 d'un moteur suivant l'invention dont la structure générale est identique à la structure du mo- teur selon l'art antérieur représenté sur la figure 1. La préchambre 20 a une forme globalement sphérique et comporte une bougie de préchauffage 21 2630497' dont l'extrémité saillante à l'intérieur de la chambre comporte un axe 23 situé dans le plan de symétrie de la préchambre 20 de trace 24 sur le plan de la fi- gure 5. Ce plan de symétrie qui est perpendiculaire à l'axe de vilebrequin 25 du moteur passe par l'axe du cylindre auquel est associée la préchambre 20 et dans lequel se déplace le piston 26. La préchambre 20 comporte également un in- jecteur qui n'a pas été représenté sur les figures 4 et 5, pour des raisons de clarté. Cet injecteur dont la forme est identique à l'injecteur 6 représenté sur la figure 1 débouche dans la partie supérieure de la préchambre 20 et comporte un axe situé dans le plan de symétrie de trace 24. Le moteur suivant l'invention respecte donc les conditions idéales en ce qui concerne les posi- tions respectives de la bougie et de l'injecteur. Cependant, le canal de transfert 30 est incliné par rapport au plan de symétrie et fait avec ce plan un angle Z visible sur la figure 5. Cette disposition permet de diriger les gaz pénétrant dans la préchambre. 20 latéralement de façon à faire circuler ces gaz dans un mouvement tourbillon- naire autour de l'axe 23 de la bougie 21 (flèches 31 sur la figure 4). La circulation des gaz dans la pré- chambre 20 n'est donc pas perturbée par la partie saillante de la bougie 21. On voit sur la figure 5 que le piston 26 correspondant à la préchambre 20 est usiné pour cons- tituer une cavité en forme de trèfle 36 située dans le prolongement du canal de transfert 30 dont l'axe 32 fait un angle O avec le plan de symétrie de la pré-chambre 20 dont la trace 24 est visible sur la figure 5. La cavité 36 en forme de trèfle est dissymé- trique et comporte deux lobes sensiblement circulaires ayant des rayons R1 et R2 différents. De plus, le point de raccordement 34 des deux lobes du trèfle 36 est désaxé d'une distance a par rapport à l'axe 32 du conduit 30. Cette disposition et cette forme données au trèfle 36 permettent de recentrer l'écoulement des gaz en cours de combustion, par rapport au piston 26. On obtient ainsi une combustion homogène et une bonne ré- partition des gaz de combustion dans la préchambre et dans la chambre principale, malgré la position incli- née du canal de transfert 30. Il est à remarquer que la disposition in- clinée suivant l'invention du canal de transfert 30 peut être obtenue, dans le cas o la préchambre est constituée, dans sa partie inférieure, par une pièce rapportée 9, comme représenté sur la figure 1, par une simple rotation d'un angle voulu de cette pièce symé- trique de révolution, à l'intérieur de son logement dans la culasse, à partir de sa position représentée sur la figure 1 o l'axe du canal de transfert se trouve dans le plan de symétrie de la préchambre. La réalisation du moteur amélioré suivant l'invention ne nécessite donc pas l'usinage d'une pièce spéciale mais simplement une orientation diffé- rente de la pièce délimitant la préchambre, dans son logement. Cette rotation de la pièce rapportée, à partir de sa position représentée sur la figure 1, sera de préférence comprise entre 10 et 20'. Le piston 26 devra être usiné pour réaliser sur sa partie supérieure une cavité en forme de trèfle dissymétrique telle que la cavité 36 représentée sur la figure 5. De manière avantageuse, cette cavité en for- me de trèfle comportera deux lobes dont les rayons R1 et R2 sont tels que le rapport R1/R2 soit compris entre 1 et 2. Le désaxage A du point de raccordement 34 des deux lobes sera généralement compris entre 0,5 et 10 mm. L'invention permet d'augmenter le rendement du moteur et de réduire les émissions de fumées et de gaz imbr lés tout en préservant une bonne qualité du démarrage à froid. Les résultats sont obtenus en main- tenant l'axe de la bougie et de l'injecteur dans le plan de symétrie de la préchambre et en faisant circu- ler les gaz autour de l'axe de la bougie. Ces résul- tats peuvent être obtenus par un simple réglage en orientation de la pièce constituant la partie infé- rieure de la préchambre, à l'intérieur de la culasse. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été décrits. C'est ainsi qu'on peut réaliser le canal de transfert directement par usinage de la culasse sui- vant une direction inclinée par rapport au plan de sy- métrie de la préchambre. L'inclinaison du canal de transfert peut être variable en fonction de la géomé- trie de la préchambre de turbulence et de la position de la bougie. La forme du trèfle et les dimensions relati- ves de ses lobes pourront être variables en fonction de l'inclinaison de l'axe du canal de transfert. Les dimensions du trèfle quant à elles dé- pendent des caractéristiques dimensionnelles du moteur et en particulier de sa cylindrée. L'invention s'applique à tout moteur à allu- mage par compression comportant au moins un cylindre auquel est associé une préchambre de turbulence. REVENDICATIONS 1.- Moteur à allumage par compression com- portant au moins un cylindre (3) dans lequel se dépla- ce un piston (4, 26) et une préchambre (5, 20) de'tur- bulence communiquant avec le cylindre (3) par l'inter- médiaire d'un canal de transfert rectiligne (13, 30), la préchambre (5, 20) présentant un plan de symétrie (P) passant par l'axe du cylindre (3) et comportant une bougie de préchauffage (12, 21) et un injecteur (6) dont les axes de symétrie sont situés dans le plan de symétrie (P) de la préchambre (5, 20) , caractérisé par le fait que l'axe longitudinal (32) du canal de transfert (30) fait un angle i non nul avec le plan de symétrie (P) de la préchambre (5, 20). À15 2.- Moteur suivant la revendication 1, dans -le cas o la préchambre (5, 20) est constituée, auw moins dans sa partie inférieure, par une pièce (9) rapportée à l'intérieur de la culasse (2) dans laquel- le est usiné le canal de transfert (10, 30), caracté- risé par le fait que la pièce rapportée (9) est montée à l'intérieur de la culasse (2) de façon que l'axe (13, 32) du canal de transfert (10, 30) fasse un angle O non nul avec le plan de symétrie de la préchambre (5) passant par l'axe du cylindre correspondant (3). 3.- Moteur suivant la revendication 2, ca- ractérisé par le fait que l'orientation de l'axe (32) du canal de transfert (30) de la préchambre (20) est obtenue par une rotation de la pièce rapportée (9) comprise entre 10 et 20', à partir de sa position dans 3 0 laquelle l'axe (32) du canal de transfert rectiligne ('30) se trouve dans le plan de symétrie de la précham- bre (20). 4.- Moteur suivant l'une quelconque des re- vendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que la 2S30497 partie supérieure du piston (26) disposé dans le cy- lindre est usinée pour constituer une cavité (36) dans le prolongement du canal de transfert (30) ayant deux lobes sensiblement circulaires dont les rayons (R1, R2) sont inégaux. 5.- Moteur suivant la revendication 4, ca- ractérisé par le fait que la cavité (36) en forme de trèfle comporte deux lobes inégaux de forme sensible- ment circulaire se raccordant en un point (34) disposé à une distance a de l'axe (32) du canal de transfert (30). 6.- Moteur suivant l'une quelconque des re- vendications 4 et 5, caractérisé par le fait que le rapport R1/R2 des rayons des deux lobes inégaux du trèfle (36) est compris entre 1 et 2. 7.- Moteur suivant la revendication 6, ca- ractérisé par le fait que la distance a du point de raccordement (34) des deux lobes du trèfle (36) à l'axe (32) du canal de transfert (30) est comprise entre 0,5 et 10 mm.