Brevet FR2657396A1 — publié le 19910726

'invention concerne un moteur a allumage par compression comportant une préchambre de turbulence ayant un canai de transfert évasé. On connaît des moteurs diesel 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 la culasse, sont disposées les préchambres de turbulence de forme approximativement sphérique. Chacune des préchambres est reliée à une chambre principale par un canal de transfert qui 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'opposé de l'embouchure du canal de transfert et une bougie qui permet d'assurer le préchauffage du mélange combustible au démarrage à froid du moteur. La préchambre présente 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 généralement rectiligne est disposé dans le plan de symétrie de la préchambre. Le canal de transfert présente une section transversale qui est faible si on la compare à la section du piston du cylindre moteur correspondant, de façon à produire pendant la phase de compression, un flux d'air en direction de la préchambre ayant une vitesse très élevée ; de cette manière, il s'établit un courant tourbillonnaire énergique dans la préchambre, pendant un intervalle de temps recouvrant la phase d'injection du carburant. Le carburant est ainsi mélangé de manière intime à l'air comburant si bien que la combustion se produit dans de bonnes conditions. Les gaz en cours de combustion sont ensuite réinjectés dans la chambre principale du cylindre par le canal de transfert pendant la phase de détente. Les conditions de fonctionnement du moteur et en particulier son rendement et ses caractéristiques anti-pollution sont ainsi améliorées. Cependant, un canal de transfert de faible section produit une perte de charge significative dans le flux gazeux en circulation entre la préchambre et la chambre principale du cylindre, pendant la phase de détente des gaz. Il en résulte une augmentation très sensible de la consommation spécifique de carburant, particulièrement lorsque le moteur fonctionne à haut régime ; de plus, les émissions d'oxyde de l'azote sont considérablement accrues, dans le cas d'une perte de charge importante. 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 de forme globalement sphérique ayant un plan de symétrie passant par l'axe du cylindre et communiquant avec la chambre principale du cylindre par l'intermédiaire d'un canal de transfert ayant un axe longitudinal sensiblement rectiligne situé dans le plan de symétrie de la préchambre, ce moteur présentant un très bon rendement énergétique et produisant de faibles rejets de gaz toxiques à l'échappement. Dans ce but, le canal de transfert est évasé dans le sens allant de la chambre principale du cylindre vers la préchambre, la section transversale du canal s'élargissant progressivement dans la direction transversale perpendiculaire au plan de symétrie de la préchambre. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation d'un moteur suivant l'invention. La figure 1 est une vue schématique en coupe par un plan vertical de la partie supérieure d'un cylindre et de la pré chambre de turbulence correspondante d'un moteur diesel de type classique La figure 2 est une vue de dessus schématique de la préchambre et du piston du moteur représenté sur la figure 1 La figure 3 est une vue en perspective suivant F de la figure 4, d'une pièce rapportée à l'intérieur de la culasse d'un moteur tel que représenté sur la figure 1, dans laquelle est réalisée une partie de la préchambre de combustion. La figure 4 est une vue en coupe par le plan de symétrie de la préchambre, de la pièce représentée sur la figure 3. La figure 5 est une vue en coupe par le plan de symétrie de la préchambre, du canal de transfert et de la partie inférieure de la préchambre d'un moteur suivant l'invention. La figure 5A est une vue en coupe suivant A-A de la figure 5. La figure 6 est une vue en coupe suivant 6-6 de la figure 5. La figure 6A est une vue à plus grande échelle de la partie du canal de transfert débouchant dans la préchambre de combustion. Sur la figure 1, on voit une partie du bloccylindre 1 et de la culasse 2 d'un moteur à allumage par compression. Le bloc-cylindre 1 comporte des cylindres dans chacun desquels se déplace un piston 4. La chambre principale 3 du cylindre est délimitée à l'intérieur de l'alésage usiné dans le bloc-cylindre, par la face supérieure du piston 4 et la face inférieure de la culasse 2. La culasse 2 est usinée au-dessus de la chambre principale 3 de chacun des cylindres, de façon à constituer 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 piece 9 et met en communication la partie supérieure de la chambre principale 3 du cylindre, au-dessus du piston 4, avec la partie inférieure de la préchambre 5. L'axe il de l'injecteur 6, l'axe 12 de la bougie 7 et l'axe 13 du canal 10 sont tous situés dans un meme plan qui est un plan de symétrie de la préchambre 5 et de la chambre principale 3, c'est-à-dire un plan de symétrie de la préchambre passant par l'axe du cylindre. Sur la figure 2, 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 position haute, sa surface supérieure étant au voisinage immédiat de la surface inférieure de la culasse. Sur la figure 2, 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 enflammés sortant du canal 10 par l'ouverture 17, pendant la phase de détente des gaz dans la chambre principale 3. La cavité 15 permet d'obtenir une répartition relativement homogène des gaz dans la chambre principale 3 du cylindre. Sur les figures 3 et 4, 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 présente une faible section par rapport à la section de la chambre principale 3, de manière à accélérer l'écoulement de l'air en direction de la préchambre, pendant la phase de compression au cours de laquelle le piston 4 se déplace vers le haut, en direction de la surface inférieure de la culasse 2. 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 les figures 2 et 3, sous la forme de la section de sortie 17 du canal 10 Le canal 10 est placé dans une position tangentielle par rapport à la surface de la préchambre 5. La préchambre constitue un plancher plat et sensiblement horizontal 5a sous lequel débouche le canal 10. Le canal de transfert du moteur selon l'art antérieur représenté sur les figures 1 à 4 permet d'assurer, pendant la phase de compression du moteur, une circulation à grande vitesse de l'air comprimé dans la chambre principale 3, à l'intérieur du canal 10 et la formation d'un écoulement tourbillonnaire énergique dans la préchambre 5 (flèche 14). On obtient ainsi un mélange efficace de l'air comburant et du combustible injecté par l'injecteur 6 dans la préchambre 5 Le canal de transfert 10 permet également de faire parvenir les gaz de combustion du carburant injecté dans la préchambre, à l'intérieur de la chambre principale 3, pendant la phase de détente au cours de laquelle le piston 4 passe de sa position haute ou point mort haut à son point mort bas. Pendant cette phase de détente, les gaz de la préchambre subissent une forte perte de charge à l'intérieur du canal 10 de faible section, avant d'atteindre la chambre principale 3. Sur les figures 5, 5A, 6 et 6A, on a représenté la partie inférieure de la préchambre et le canal de transfert d'un cylindre d'un moteur suivant I"invention, dans lequel la perte de charge des gaz passant de la préchambre à la chambre principale pendant la phase de détente est fortement diminuée. Comme il est visible sur la figure 5, la préchambre 25 présente une forme sensiblement sphérique et le canal de transfert 20 débouche dans la partie inférieure de la préchambre, de manière à être tangent à la paroi de la préchambre, sur une partie de sa periphérie. A l'opposé de la paroi tangente au canal de transfert, la préchambre 25 constitue dans sa partie inférieure un plancher 25a délimité vers l'intérieur par une arête 23 constituant le bord intérieur de l'ouverture 22 du canal 20 débouchant dans la préchambre 25. L'axe longitudinal rectiligne 24 du canal 20 fait un angle a avec le plan horizontal correspondant à la surface inférieure de la culasse 21. Comme il est visible sur la figure 5, le canal 20 présente une dimension transversale constante, dans la direction perpendiculaire à l'axe 24 et dans le plan de symétrie de la préchambre qui est le plan de la figure 5. Comme il est visible sur la figure SA, la section droite 26 du canal 20 présente, au voisinage de la partie de ce canal débouchant dans la chambre principale du cylindre, une forme elliptique, cette section étant sensiblement identique à la section constante d'un canal de transfert selon l'art antérieur. En revanche, la section courante 27 du canal 20 au voisinage de l'ouverture 22 débouchant dans la préchambre 25 présente une forme sensiblement différente, cette section étant considérablement élargie dans la direction transversale perpendiculaire au plan de symétrie de la préchambre de trace 28 sur la figure 5A. Les sections 26 et 27 présentent dans leur partie centrale, au voisinage du plan de symétrie de la préchambre, une dimension transversale identique. La section courante 27 du canal 20 présente une forme constamment variable suivant la direction longitudinale du canal 20, entre l'ouverture du canal débouchant dans la chambre principale et l'ouverture 22. L'évolution de cette section se traduit en particulier par un élargissement progressif dans la direction transversale perpendiculaire au plan de symétrie de la préchambre et par un élargissement de l'arête 23 délimitant l'ouverture 22 vers l'intérieur de la préchambre 25, comme il sera décrit plus en détail en se référant aux figures 6 et 6A. Sur les figures 6 et 6A, on a représenté le cercle Cl constituant l'intersection de la sphère S confondue avec une partie de la paroi intérieure de la chambre 25 (figure 5) et du plan it perpendiculaire au plan de symétrie de la préchambre 25 passant par l'axe 24 du canal 20. De même, on a représenté le cercle C2 constituant l'intersection de la sphère S avec le plan perpendiculaire au plan de symétrie de la préchambre 25 passant par la génératrice supérieure 29 du canal 20. Le canal 20 présente une paroi dont les génératrices rectilignes sont tangentes, à leurs extrémités, à l'ouverture 19 du canal débouchant dans la chambre 33 et à l'ouverture 22 Les génératrices inférieure et supérieure 29 et 29' situées dans le plan de symétrie de la préchambre 25 et visibles sur la figure 5 sont parallèles entre elles En revanche, comme il est visible sur la figure 6, les génératrices 30 et 30' du canal 20 situées dans le plan x perpendiculaire au plan de symétrie de la chambre 25 passant par l'axe 24 du canal 20 font un angle entre elles et sont divergentes dans le sens allant de l'ouverture 19 vers l'ouverture 22 du canal 20. Sur les figures 6 et 6A, les ouvertures 19 et 22 ont été représentées sous la forme de leurs projections 19' et 22' sur le plan w On a également représenté sur les figures 6 et 6A, à titre comparatif, la projection 31' sur le plan x de l'ouverture d'un canal selon l'art antérieur débouchant dans la prechambre. Le canal 32 suivant l'art antérieur correspondant à l'ouverture de projection 31' sur le plan x présente une forme cylindrique, les génératrices telles que 33 et 33' (situées dans le plan w ) etant toutes parallèles entre elles et la section du canal 32 étant constante suivant toute sa longueur. Le canal suivant l'invention se caractérise par un élargissement dans la direction perpendiculaire à l'axe 24 du canal et au plan de symétrie de la préchambre, de la section de l'ouverture 22 et de sa projection 22'. En particulier, l'arête 23 délimitant l'ouver- ture 22 vers l'intérieur de la chambre (ou sa projection 23') se trouve considérablement élargie par rapport à l'arête correspondante dans le cas d'un canal 32 suivant l'art antérieur. Les génératrices 30 et 30' du canal 20 suivant l'invention situées dans le plan w font, avec les génératrices 33 et 33' correspondantes d'un canal suivant l'art antérieur de forme cylindrique, un angle ss et sont tangentes au cercle Cl > en des points symétriques par rapport à l'axe 24 du canal constituant la trace du plan de symétrie de la préchambre sur le plan w On va maintenant donner ci-dessous une méthode pour tracer le contour 22' de la projection de l'ouver- ture 22 d'un canal de transfert suivant l'invention sur le plan perpendiculaire au plan de symétrie de la préchambre passant par l'axe 24 de ce canal de transfert. Etant donné une ouverture 19 constituant l'extrémité du canal débouchant dans la chambre principale du cylindre, cette ouverture 19 de projection 19' sur le plan x étant identique à l'ouverture elliptique d'un canal selon l'art antérieur, pour le meme type de moteur, on détermine les génésratrices 30 et 30' comme étant les tangentes communes à la projection 19' et au cercle Cl. On désigne par 0 le centre de la sphère S et par 01 et 0'1 les projections de 0 perpendiculairement au plan w sur la sphère S et sur le plan w respectivement. Le point 0'1 est le centre du cercle Cl On désigne par 03 l'intersection de l'arête 23 avec le plan de symétrie de la préchambre et par 0'3 la projection de 03 sur le plan E On désigne par 02 et 0"2 les points du cercle C1 situés sur l'axe 24 du canal de transfert 20. On désigne par 04 le point du cercle C2 diamétralement opposé à 03. Enfin, on désigne par 05 et 0'5 les points de contact des génératrices 30 et 30' respectivement avec la projection 22' du contour de l'ouverture 22, ces points étant définis comme l'intersection de la perpendiculaire à l'axe 24 menée par 0'2 avec les droites 30 et 30' respectivement. La projection 22' du contour de l'ouverture 22 sur le plan x est constituée par des arcs-de-cercle successifs ou par des courbes proches d'arcs de cercle passant par les points 0'1, 05, 0'3 et 0'5. Les arcs-decercle se raccordent en ces points, de manière à être tangents aux droites perpendiculaires à l'axe 24 du canal de transfert 20 aux points 0'1 et 0'3 et aux génératrices 30 et 30' aux points 05 et 0'5. La forme géométrique du canal 20 est ainsi totalement définie, dans la mesure où les contours de ses ouvertures d'extrémité 19 et 22 sont déterminés, ces contours étant joints par des génératrices rectilignes tangentes au contour 19 et au contour 22 et coplanaires à l'axe 24 du conduit. La projection 23' de l'arête frontale 23 de l'ouverture 22 peut être constituée par un seul arc-decercle passant par les points 05, 0'3 et 0'5 et tangent aux droites 30 et 30' et à la droite perpendiculaire à l'axe 24 du canal de transfert passant par le point 0'3. Un canal de transfert 20 tel que le canal qui vient d'être défini ci-dessus dans sa forme géométrique permet de diminuer de manière sensible la perte de charge du flux gazeux traversant le canal de transfert pendant la phase de détente du moteur. Ce résultat est obtenu par le fait que la forme du canal de transfert suivant l'invention permet de favoriser la détente des gaz par rapport à la compression, le coefficient caractéristique : section efficace à la compression/section efficace à la détente étant sensiblement plus faible que dans le cas d'un canal de transfert suivant l'art antérieur. En effet, le rapport de la section efficace à la compression, c'est-à-dire de la section de passage des gaz dans le sens allant de la chambre principale vers la préchambre à la section efficace à la détente, c'est-à-dire la section de passage des gaz dans le sens allant de la préchambre vers la chambre principale peut être voisin de 0,80 dans le cas d'un canal de transfert suivant l'invention, ce coefficient étant compris entre 0,95 et 1,0 dans le cas d'un canal de transfert d'un cylindre d'un moteur suivant l'art antérieur. En outre, la présence d'une section minimale du canal de transfert à son extrémité voisine de la chambre principale ainsi que la hauteur h constante du canal de transfert dans le plan de symétrie de la préchambre et dans la direction perpendiculaire au plan w permettent d'obtenir une circulation à grande vitesse des gaz dans le canal de transfert et la formation d'un écoulement tourbillonnaire intense dans la préchambre, pendant la phase de compression. La forme du canal de transfert des cylindres du moteur suivant l'invention permet donc d'assurer un mélange intime du carburant et de l'air comburant pendant la phase de compression, cependant que la diminution de la perte de charge au moment de la détente des gaz de combustion conduit à une nette amélioration de la consommation spécifique du moteur et à une diminution de la formation des oxydes de l'azote dans les gaz d'échappement. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit. C'est ainsi qu'on peut imaginer un canal de transfert dont la forme est différente de celle qui a été décrite, dans la mesure où ce canal de transfert est évasé en direction de la pré chambre et présente une section transversale s'élargissant progressivement dans la direction perpendiculaire au plan de symétrie de la préchambre. De préférence, la dimension transversale du canal de transfert, dans le plan de symétrie de la préchambre et dans une direction perpendiculaire à l'axe de symétrie du canal de transfert, est sensiblement constante La section initiale, au niveau de la chambre principale du cylindre, et la section finale du canal de transfert, au niveau de la préchambre, peuvent avoir des formes géométriques différentes de celles qui ont été décrites. Les génératrices rectilignes constituant les côtés latéraux du canal de transfert, dans le plan x perpendiculaire au plan de symétrie de la préchambre passant par l'axe du canal de transfert, qui sont placées de manière angulaire l'une par rapport à l'autre et divergentes dans le sens allant de la chambre principale vers la préchambre, peuvent faire avec la direction axiale du conduit 20 un angle aigu quelconque qui sera cependant compris de préférence entre 5 et 30". L'invention s'applique à tout moteur à allumage par compression comportant au moins un cylindre auquel est associé une préchambre de turbulence. REVENDICATIONS 1.- Moteur à allumage par compression comportant au moins un cylindre dans lequel se déplace un piston (4) et une préchambre de turbulence (25) de forme globalement sphérique ayant un plan de symetrie passant par l'axe du cylindre et communiquant avec la chambre principale (3) du cylindre par l'intermédiaire d'un canal de transfert (20) ayant un axe longitudinal (24) sensiblement rectiligne situé dans le plan de symétrie de la préchambre (25), caractérisé par le fait que le canal de transfert (20) est évasé dans le sens allant de la chambre principale (3) du cylindre vers la préchambre (25), la section transversale du canal (20) s'élargissant progressivement dans la direction transversale perpendiculaire au plan de symétrie de la préchambre (25). 2.- Moteur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la section longitudinale du canal de transfert (20) par le plan E perpendiculaire au plan de symétrie de la préchambre passant par l'axe (24) du canal de transfert (20) est délimitée latéralement par deux génératrices (30) et (30') sensiblement rectilignes divergentes dans le sens allant de la chambre principale (3) du cylindre vers la préchambre (25) et tangentes à un cercle Cl constituant l'intersection de la préchambre (25) avec le plan w perpendiculaire au plan de symétrie de la préchambre (25) passant par l'axe (24) du canal de transfert (20). 3.- Moteur suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la projection orthogonale (22') sur le plan w perpendiculaire au plan de symétrie de la préchambre (25) passant par l'axe (24) du canal de transfert (20), du contour de l'ouverture (22) du canal (20) débouchant dans la préchambre (25) est constituée par des arcs-de-cercle ou par des courbes proches d'arcs-de-cercle successifs. 4.- Moteur suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que deux arcs-de-cercle successifs constituant la projection orthogonale (22') du contour de l'ouverture (22) du canal (20) débouchant dans la préchambre (25) sont tangents à deux droites perpendiculaires à l'axe (24) du conduit (20) en deux points (0'1, 0'3) situés sur l'axe (24) et que deux autres arcs-decercle successifs sont tangents à deux droites (30, 30') inclinées par rapport à l'axe (24) du conduit, de part et d'autre de cet axe, de manière à être divergentes dans le sens allant de la chambre principale (3) à la préchambre (25) en deux points (05 et 0'5). 5.- Moteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le coefficient : surface efficace dans le sens de la compression/surface efficace dans le sens de la détente du canal de transfert (20) est voisin de 0,80.