Brevet FR2653825A1 — publié le 19910503

L'invention concerne un moteur à allumage par compression comportant une préchambre de turbulence ayant un canal de transfert à écoulement divergent. On connaît des moteurs Diesel comportant, assoucie 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 la culasse sont disposées les préchambres de turbulence de forme approximativement sphérique. Les préchambres de turbulence sont destinées à assurer une bonne qualité de mélange entre le gazole injecté au sein de la chambre et l'air comburant refoulé dans la préchambre et animé d'un mouvement tourbillonnaire intense. Chacune des préchambres est reliée par un canal de transfert à une chambre principale qui est délimitée à l'intérieur du cylindre correspondant, par la tête du piston et par une partie adjacente de la culasse. Le canal de transfert présente une faible section par rapport à la section du piston du cylindre moteur auquel est associée la préchambre. Pendant la course du piston correspondant à la compression, l'air provenant du cylindre circule dans le canal de transfert à une très grande vitesse, si bien qu'un mouvement tourbillonnaire énergique se produit dans la préchambre. On effectue une injection de carburant, grâce à un injecteur fixé dans la culasse et débouchant dans la préchambre, pendant cette phase au cours de laquelle l'air est animé d'un mouvement tourbillonnaire. Le carburant est ainsi mélangé de manière efficace à l'air assurant la combustion. Pendant la phase de détente, au cours de laquelle a lieu la combustion, le canal de transfert permet d'alimenter le dessus du piston avec les gaz chauds de combustion issus de la préchambre. Le dessus du piston est généralement usiné pour présenter une cavité de faible épaisseur en forme de trèfle comportant deux lobes. Cette cavité assure un mélange efficace des gaz chauds et de I"air comburant pénétrant dans le cylindre et se trouvant au-dessus du piston. La cavité en forme de trèfle assure la formation de deux écoulements contrarotatifs, à partir du jet de gaz chauds provenant de la préchambre. L'inconvénient de ce dispositif et du processus de mélange des gaz correspondant est que la paroi limitant la chambre principale constituée par la surface supérieure du piston est mobile ; on ne dispose donc que de très peu de temps avant la descente du piston pour assurer la division du jet de gaz issu de la préchambre et pour produire les deux écoulements contrarotatifs, grâce à l'effet de la cavité en forme de trèfle. Le but de 1&commat; invention est donc de proposer un moteur à allumage par compression comportant au moins un cylindre et une préchambre de turbulence communiquant avec le cylindre par l'intermédiaire d'un canal de transfert qui permette de réaliser de manière plus efficace et plus rapide le mélange des gaz chauds provenant de la préchambre et de lair comburant, au-dessus du piston, ce qui permet de mieux utiliser cet air comburant, de réduire les émissions de fumées et d'obtenir un meilleur rendement de combustion dans le moteur. Dans ce but, le canal de transfert comporte sur sa paroi interne au moins une partie profilée en saillie vers l'intérieur du canal sur une partie au moins de sa longueur, de manière à dévier l'écoulement de gaz passant de la préchambre au cylindre, pendant la phase de détente dans le cylindre et à le diriger suivant deux jets divergents à la sortie du canal de transfert. Afin de bien faire comprendre lvlnvention, on va maintenant décrire, à titre d'exemples non limitatifs, deux modes de réalisation d'un moteur suivant l'invention dont le canal de transfert présente une forme améliorée La figure 1 est une vue en coupe par un plan vertical d'une partie d'un moteur Diesel de type classique comportant une préchambre de turbulence. La figure 2 est une vue schématique en coupe par un plan vertical de la partie supérieure d'un cylindre et de la préchambre de turbulence d'un moteur Diesel de type classique. La figure 3 est une vue de dessus schématique de la préchambre et du piston du moteur représenté sur la figure 2. La figure 4 est une vue en perspective suivant F de la figure 5 d'une pièce rapportée à l'intérieur de la culasse d'un moteur tel que représenté sur les figures 1 et 2, dans laquelle est constituée une partie de la préchambre de combustion. La figure 5 est une vue en coupe par un plan de symétrie de la préchambre de la pièce représentée sur la figure 4. La figure 6 est une vue en perspective analogue à la vue de la figure 4 montrant une pièce rapportée constituant une partie d'une préchambre de turbulence d'un moteur suivant l'invention. La figure 7 est une vue en coupe par un plan de symétrie de la préchambre de la pièce rapportée représentée sur la figure 6. La figure 8 est une vue schématique en perspective du canal de transfert ménagé dans la pièce rapportée représentée sur les figures 6 et 7. La figure 9 est une vue de dessus schématique de la préchambre et de la partie supérieure du piston d'un moteur suivant l'invention comportant un canal de transfert tel que représenté sur la figure 8. La figure 10 est une vue en perspective suivant F de la figure 11 d'une pièce rapportée à l'inté- rieur de la culasse d'lm moteur suivant l'invention, pour constituer une partie de la préchambre. La figure 11 est une vue en coupe par un plan de symétrie de la préchambre de la pièce représentée sur la figure 10. La figure 12 est une vue schématique en perspective du canal de transfert ménagé dans la pièce rapportée représentée sur les figures 10 et 11. Sur les figures 1 et 2, 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 cylindres 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 sphérique 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'intérieur d-un logement de forme correspondante usiné dans la culasse 2. Un canal de transfert 10 de direction sensiblement tangentielle par rapport à la paroi de la préchambre 5 est usiné à l'intérieur de la pièce 9 et met en communication la partie supérieure du cylindre 3, audessus du piston 4, avec la partie inférieure de la préchambre 5. L'axe il de l'inåecteur, 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 préchambre 5 et du cylindre 3, c'est-a-dire un plan de symétrie de la préchambre 5 passant par lvaxe du cylindre 3. Sur la figure 3, on a représenté de manière schématique la préchambre 5 et la surface supérieure du piston 4 dans laquelle est usinée une cavité 15 en forme de trèfle comportant deux lobes reliés à un canal rectiligne d'entrée 16 situé dans le prolongement du canal de transfert 10, lorsque le piston 4 est dans sa pcsition haute, comme représenté sur la figure 1. Sur la figure 3, on a représenté la section de sortie 17 du canal de transfert 10 de forme elliptique et les deux écoulements contrarotatifs 18a et 18b produits par la cavité 15, à partir du jet de gaz chauds sortant du canal 10 par l'ouverture 17. Sur les figures 4 et 5, on a représenté la pièce 9 qui est rapportée et fixée à l-intérieur de la culasse 2 pour constituer la partie inférieure de la préchambre 5 et le canal de transfert 10. Le canal de transfert 10 présente une faible section par rapport à la section de la chambre principale délimitée à l'intérieur du cylindre 3 par le piston 4. De plus, la section du canal 10 est constante sur toute sa longueur et présente une forme proche d'une ellipse qui est visible sur la figure 4, sous la forme de la section de sortie 17 du canal 10. Le canal 10 est placé dans une direction tangentielle par rapport à la surface de la partie inférieure de la préchambre 5. Le canal de transfert du moteur selon l'art antérieur représenté sur les figures I à 5 permet de faire parvenir les gaz chauds résultant de la combustion du carburant injecté dans la préchambre, à l'intérieur de la chambre principale délimitée à l'intérieur-du cylindre 3 par la surface supérieure du piston 4. La combustion et I'injection des gaz de la préchambre se produisent pendant la phase de détente au cours de laquelle le piston 4 passe de sa position haute ou point mort haut représenté sur la figure 1 à son point mort bas. La cavité 15 de la surface supérieure du piston 4 ne se trouve dans le prolongement exact du canal de transfert 10 que dans la position haute du piston. Pendant la phase de détente, le piston 4 se-loi- gne très rapidement de cette position assurant une distribution efficace et une division sous forme de deux écoulements contrarotatifs 18a, 18b des gaz de combustion, si bien que le mélange des gaz de combustion et de l'air comburant présent au-dessus du piston est réalisé de manière moins efficace pendant une grande partie de la phase de détente. La création de deux écoulements contrarotatifs au-dessus du piston a l'avantage de favoriser le mélange intime des gaz de combustion et de lair comburant et d'autre part d'éviter un contact des gaz de combustion avec les parois du cylindre à une température relativement basse. La qualité de la combustion et le rendement du moteur dépendent donc, pour une assez large part, de la création d'écoulements rotatifs et divergents à la surface supérieure du piston. Sur les figures 6, 7 et 8, on a représenté un mode de réalisation d'une pièce rapportée 19 dans laquelle sont usinés la partie inférieure et le canal de transfert 20 de la préchambre 25 d'un moteur à allumage par compression suivant I'invention. Comme il est visible sur les figures 7 et 8, le canal de transfert 20 présente une section variable suivant sa longueur. La section d'entrée 24 du canal 20 débouchant à la partie inférieure de la préchambre 25 présente une forme elliptique, comme dans le cas d'un canal de transfert de type classique représenté sur les figures 4 et 5. En revanche, la section de sortie 27 du canal de transfert 20 débouchant dans la chambre principale 23 du cylindre présente la forme d'une lemniscate comportant dans sa zone centrale deux parties de raccordement 27a et 27b en forme d'arcs-de-cercle ayant le même rayon. En outre, le conduit 20 présente une forme évasée depuis son extrémité d'entrée 24 jusqu'à son extrémité de sortie 27, la section 27 présentant une dimension nettement supérieure à la section 24, dans le sens transversal. Le passage progressif de la forme elliptique de la section du conduit 20 à la forme en lemniscate rectifiée par deux arcs-de-cercle se traduit par la présence de deux bossages 26a, 26b dont les sections ont la forme de secteurs circulaires situés en vis-à-vis sur la surface intérieure du canal de transfert 20. Ces bossages présentent une épaisseur croissante dans le sens allant vers l~intérieur du canal de transfert 20, depuis la section d'entrée 24 jusqu'à la section de sortie 27. Comme il est visible sur la figure 8, les gaz chauds provenant de la préchambre de turbulence 25 pénètrent dans le canal de transfert par la section 24 puis sont déviés et distribués suivant deux courants divergents 28a et 28b à la sortie du canal de transfert 20. Comme il est visible sur la figure 9, la dis tribution des gaz à la sortie du canal de transfert 20 de la préchambre suivant deux écoulements divergents favorise la formation d'écoulements contrarotatifs 31a et 3lob, à l'intérieur de la cavité 30 usinée dans la surface supérieure du piston 29. Lorsque le piston 29 a commencé sa descente au cours de la détente , la distribution des gaz à la sortie du canal de transfert 20 continue à favoriser la formation de deux écoulements contrarotatifs 32a et 32b, bien que les gaz ne soient plus injectés à l'intérieur de la cavité 30. On améliore donc, grâce à la forme du canal de transfert 20 du moteur suivant I'invention, le mélange et la combustion des gaz et donc le rendement du moteur. Sur les figures 10, 11 et 12, on a représenté un second mode de réalisation d'un canal de transfert d'une préchambre d'un moteur suivant l'invention. Le canal de transfert 33 est, comme précédemment, usiné dans une pièce 34 constituant la partie inférieure de la préchambre 35 et destinée à être rapportée à l'intérieur de la culasse. Le canal de transfert 33 présente, comme le canal de transfert 10 représenté sur les figures 4 et 5, une section elliptique constante sur toute sa longueur. A la différence du canal 10 correspondant à la conception classique du canal de transfert d'une préchambre d'un moteur Diesel, le canal 33 comporte sur sa surface intérieure un bossage 36 en forme de demi-goutte d'eau dirigé suivant la longueur et en saillie vers I'intérieur du canal de transfert 33. Le bossage 36 présente une largeur croissante dans la direction circonférentielle du canal 33, depuis son extrémité située au voisinage de lextrémité d~en- trée du canal debouchant dans la préchambre, jusqu'à son extrémité dirigée vers la sortie du canal de transfert 33 dans la chambre principale 39. En outre, le profil longitudinal du bossage 36, comme il est visible sur la figure 11, presente une première partie faiblement inclinée par rapport à la surface intérieure du canal 33 suivie d'une partie arrondie sensiblement en forme d~arc-de-cercle se raccordant à la surface du canal de transfert, avec une forte inclinaison voisine de 90", par l'intermédiaire d'une partie de raccordement en forme d'arc-de-cercle. Grâce à la forme qui a été décrite, le bossage 36 introduit une faible perte de charge sur la circulation de l air injecte dans la préchambre 35, pendant la phase de compression. En outre, le bossage 36 permet de diviser l'écoulement des gaz chauds provenant de la préchambre 35 pendant la phase de détente en deux courants divergents 38a et 38b. Comme dans le cas du mode de réalisation du canal de transfert suivant les figures 6, 7 et 8, les deux écoulements divergents 38a et 38b à la sortie du canal de transfert 33 favorisent la formation d'écoule ment s contrarotatifs dans la cavité en forme de trèfle à deux lobes usinée sur la surface supérieure du piston 40. La forme du canal 33 permet également de favoriser la formation de deux écoulements divergents ou contrarotatifs, lorsque le piston 40 s'est éloigné de sa position haute au cours de la phase de détente. Comme il est visible sur la figure 10, la section elliptique de sortie 37 du canal 33 présente un chanfrein périphérique 37a, ce rebord incliné permettant de favoriser le raccordement à la partie d'entrée de la cavité usinée sur la surface supérieure du piston 40. Le moteur suivant l'invention comportant des préchambres reliées aux chambres des cylindres par des canaux de transfert assurant un écoulement divergent et une division du flux de gaz chauds pendant la phase de détente permet de favoriser le mélange des gaz de combustion de la préchambre de turbulence et de l'air comburant au-dessus du piston et de mieux utiliser l'air comburant. Cette amélioration de la qualité du mélange des gaz conduit à une réduction des émissions de fumées par le moteur et à un meilleur rendement de combustion. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été décrits. C'est ainsi que les conduits de transfert des moteurs suivant l'invention pourront avoir une forme évasée en direction de leur sortie, c'est-à-dire une section croissante ou encore une section constante sur toute leur longueur. La section variable de ces conduits de transfert peut présenter une forme quelconque, les formes d'ellipse ou de lemniscate n'ayant été données qu'à titre d'exemples. I1 est possible d'imaginer des conduits de transfert comportant un ou plusieurs bossages sur leur surface interne, ces bossages ou autres parties en saillie vers l-intérieur du conduit présentant une forme en section longitudinale et en section transversale variable suivant la longueur du conduit, adaptée aux conditions d'utilisation du moteur, en ce qui concerne la circulation de l'air comprimé injecté dans la préchambre et la circulation des gaz chauds sortant de la préchambre au moment de la détente. L'invention s'applique à tout moteur à allumage par compression comportant au moins un cylindre auquel est associée une préchambre de turbulence. REVENDICATIONS 1-- Moteur à allumage par compression comportant au moins un cylindre (23, 39) et une préchambre de turbulence (25, 35) communiquant avec le cylindre (23, 39), par l'intermédiaire d'un canal de transfert (20, 33) caractérisé par le fait que le canal de transfert (20, 33) comporte sur sa paroi interne, au moins une partie profilée (26a, 26b, 36) en saillie vers l'inté- rieur du canal (20, 33) sur une partie au moins de sa longueur, de manière à dévier l'écoulement de gaz passant de la préchambre (25, 35) au cylindre (23, 39), pendant la phase de détente dans le cylindre (23, 39) et à le diriger suivant deux jets divergents (28a, 28b, 38a, 38b) à la sortie du canal de transfert. 2.- Moteur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le canal de transfert (20) présente une forme générale évasée depuis sa section d'entrée (24) communiquant avec la préchambre (25) åusqu'à sa section de sortie (27) communiquant avec la chambre du cylindre (23), la section de sortie (273 du canal (20) présentant une dimension supérieure à la section d'entrée (24), dans une direction transversale au moins du canal de transfert (20). 3.- Moteur suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le canal de transfert (20) comporte deux bossages (26a, 26b) situés en vis-à-vis dont l'épaisseur en direction de l-intérieur du canal de transfert (20) est croissante depuis I'extrémité d'entrée (24) jusqu'à lextrémité de sortie (27) du canal, la section d'entrée (24) ayant une forme elliptique et la section de sortie (27) du canal de transfert (20) la forme d'une lemniscate comportant deux parties centrales de raccordement courbes (27a, 27b) 4.- Moteur suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que les parties en saillie (26a, 26b) du canal de transfert (20) présentent une section transversale sensiblement circulaire, la section de sortie (27) du canal de transfert (20) en forme de lemniscate comportant deux parties centrales (27a, 27b) en vis-àvis de forme circulaire. 5.- Moteur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le canal de transfert (33) présente une section transversale de forme et de dimensions sensiblement constantes sur toute sa longueur, cette section étant recoupée sur une partie au moins de la longueur du canal (33) par la partie en saillie (36) par rapport à la surface intérieure du canal (33). 6.- Moteur suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que la section du canal (33) a une forme elliptique. 7.- Moteur suivant l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait que la partie en saillie (36) par rapport à la surface intérieure du canal de transfert (33) présente une forme en demigoutte d'eau dont la section est croissante dans le sens du canal de transfert (33) allant de son extrémité d'entrée au niveau de la préchambre (35) à son extrémité de sortie au niveau de la chambre principale (39) du moteur. 8.- Moteur suivant I'une quelconque des reven -dications 1 à 7, caractérisé par le fait que la surface supérieure du piston (29) monté mobile dans le cylindre (23, 39) est usinée pour constituer une cavité (30) en forme de trèfle à deux lobes située dans le prolongement du canal de transfert (20, 33) dans la position haute du piston (29), de manière que chacun des lobes de la cavité (30) en forme de trèfle reçoie I'un des deux jets divergents (28a, 28b ; 38a, 38b) à la sortie du canal de transfert (20, 33).