Brevet FR2650630A1 — publié le 19910208

i Moteur multicylindre à injectiqn d'essence, comportant quatre soupapes par cylindre. La présente invention concerne un moteur multicylindre à injection d'essence, muni de quatre soupapes par cylindre, destiné notamment à équiper des véhicules automobiles. Le principe de la combustion interne par injection d'essence mélangée avec de l'air dans le moteur, est connu depuis fort longtemps. De tels moteurs peuvent être classés en deux groupes séparés: les moteurs à injection directe et les moteurs à injection indirecte. Pour les moteurs à injection directe, l'injection d'essence a lieu à l'intérieur des cylindres en aval de la ou des soupapes d'admission de l'air. Pour les moteurs à injection indirecte, l'injection d'essence a lieu dans la conduite d'admission de l'air du moteur, en amont des soupapes d'admission de l'air,- donc en-dehors des cylindres. A l'heure actuelle, les moteurs à injection indirecte sont pénalisés par des 'consommations de carburant importantes à faible charge et des émissions de polluants élevées impliquant' un retraitement des-gaz d'échappement au moyen d'un coûteux catalyseur. Ces phénomènes sont intimement liés' au principe même de la combustion d'un mélange homogène *air/essence préparé en amont de ou des soupapes d'admission et à la régulation du couple moteur'par réduction de la quantité de mélange admise au moyen d'un papillon obturant une partie du collecteur d'admission. Il résulte de ce procédé des pertes par pompage élevées augmentant les consommations et des émissions de gaz nocifs importantes, surtout lorsque le rmoteur est peu sollicité. Comparativement, les moteurs à injection directe présentent potentiellement de nombreux avantages par rapport aux moteurs à injection indirecte grace à une stratification de la charge admise dans chaque cylindre. Ce procédé permet ainsi de supprimer le papillon du collecteur d'admission, le couple étant régulé par action sur la quantité d'essence introduite directement dans chaque cylindre, d'o une réduction importante des pertes par pompage. La combustion est parfaitement contrôlée, même pour les très faibles quantités d'essence injectées, du fait de la stratification de la charge, ce qui conduit à fortement limiter les émissions de gaz polluants. Des tentatives faites pour un moteur injection directe dans.une préchambre de combustion raccordée par une conduite à la chambre de combustion, n'ont pas donné de.résultats satisfaisants, en ce qui concerne notamment l'émission des gaz nocifs. La présente invention a pour objet la réalisation d'un moteur multicylindre à injection d'essence, comportant'quatre soupapes par cylindre, de structure nouvelle, minimisant des émissions de gaz nocifs à l1échappement, avec un rendement élevé. Plus particulièrement, l'invention a pour objet un moteur à injection directe pour véhicule automobile. - L'invention a également pour objet un moteur à injection indirecte pour automobile. Le moteur multicylindre à injection d'essence, selon l'invention, comprend des moyens d'admission de l'air, des moyens d'échappement de gaz après combustion, des moyens d'injection de l'essence et des moyens d'allumage du mélange air/essence dans la chambre de combustion des cylindres. Selon l'invention, le moteur comprend pour chacun de ses cylindres: - fine culasse- formant couvercle dans la partie supérieure du cylindre et munie d'une chambre de combustion "en toit" constituée de deux parois planes inclinées - se rejoigiant au sommet par une paroi -.20 sensiblement cylindrique selon un diamètre du cylindre; - deux soupapes d'admission et deux soupapes d'échappement, débouchant perpendiculairement, et regroupées par deux, dans les parois inclinées de la chambre de combustion, les soupapes d'admission et les soupapes d'échappement étant disposées, respectivement, diamétralement opposées- l'une à l'autre; - deux bougies débouchant dans 'la paroi cylindrique au sommet de la chambre de combustion et dirigées de façon inclinée vers. l'intérieur de la chambre de-combustion. Selon l'invention,. le piston de chaque cylindre présente une protubérance diamétrale supérieure, comportant deux parois latérales inclinées parallèles respectivement aux parois inclinées de la chambre de combustion. et coopérant chacune avec l'une des soupapes d'admission et l'une des soupapes d'échappement.- Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, la protubérance diamétrale 'supérieure du piston présente une face supérieure cylindrique formant avec. les deux parois latérales deux arêtes parallèles orientées vers le haut. Selon un mode particulier de l'invention, la chambre de combustion comporte sur sa paroi cylindrique et au centre, un injecteur d'essence dirigé vers le bas selon l'axe du cylindre. L'invention sera mieux comprise à l'étude de ia description détaillée d'un mode de réalisation particulier de l'invention, pris à titre nullement limitafif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels: la figuré 1 est.une vue schématique de la culasse du côté inférieur selon l'invention; la figure 2 est une vue schématique en coupe selon II-II de la figure 1, représentant la chambre de combustion lorsque le piston est à son point mort haut; et la figure 3 est une vue en perspective du piston de la figure 2. Sur les figures, est représenté un cylindre unique pour expliquer le fonctionnement du moteur de la présente invention, les autres cylindres du moteur fonctionnant de manière identique à celui illustré. Tel qu'il est illustré sur la.figure 1, le cylindre comprend une culasse 1 formant couvercle à sa partie supérieure. Deux conduites d1admission 2a et 2b et deux conduites d'échappement 3a et 3b sont connectées respectivement à deux. soupapes d'admission 4a,4b et à deux soupapes d'échappement 5a et 5b. Les soupapes d'admission 4a,4b et d'échappement 5a,5b débouchent dans une cavité 6 de la culasse 1, formant une chambre de combustion du cylindre. Dans la chambre de combustion 6 débouchent, en outre, deux bougies d'allumage 7a,7b, diamétralement opposées et un injecteur 8- au centre.- Comme représenté sur la figure 2, la cavité 6 dans la culasse I est sous forme d'un "toit" comportant deux parois inclinées 6a,6b raccordées au sommet par une *paroi cylindrique c selon un diamètre-du cylindre. Sur chacune des parois inclinées 6a et 6b, sont montées respectivement une soupape d'admission 4a,4b et une soupape d'échappement 5a,5b. Les soupapes d'admission 4a et 4b sont montées diamétralement opposées l'une à l'autre, ainsi que les soupapes d'échappement 5a et 5b. Les bougies d'allumage 7a,7b ainsi que l'injecteur 8, sont montés sur la paroi cylindrique 6c au sommet de la chambre de. combustion 6. L'injecteur 8 est dirigé vers le bas selon l'axe du cylindre. Les bougies d'allumage 7a et 7b sont de préférence légèrement inclinées par rapport à l'axe vertical du cylindre. La figure 3 montre-un piston' 9 qui comporte une protubérance diamétrale supérieure 10. La protubérance 10 présente deux parois latérales 11a et 11b parallèles respectivement aux parois inclinées 6a et 6b de la chambre de combustion 6. La face supérieure 11c de la protubérance 10.est cylindrique -et forme avec les parois latérales 11a- et 11b deux arêtes 12 et 13 parallèles orientées vers le haut..Les dimensions de la protubérance 10 -étant telles que, lorsque le piston arrive à son 'point mort haut, la protubérance 10 du piston 9 entre dans ia cavité 6 de la culassel avec de faibles entrefers entre les deux pièces. Lors de la phase d'admis'sion de l'air, les soupapes d'admission 4a et 4b s'ouvrent pendant que le piston 9 descend. La disposition des soupapes 2650o630 d'admission 4a et 4b génère un fort mouvement tourbillonnaire de l'air frais autour de l'axe vertical du cylindre. Si l'injection de carburant a lieu pendant la phase d'admission de l'air, le carburant se mélange de manière homogène avec l'air, du fait de la position centrale de l'injecteur. L'homogénéité du mélange est l'effet recherché pour obtenir des performances maximales du moteur. Durant -la phase de compression,, le piston 9 effectue un mouvement ascendant. Le mouvement tourbillonnaire de l'air est perturbé par des zones de chasse de la culasse 1 et du piston 9 qui transforment la giration ordonnée en de multiples petits vortex locaux très favorables à la combustion, cela grace -en partie aux arêtes 12 et 13 de la protubérance 10 du piston qui brisent le mouvement tourbillonnaire. Si l'injection de carburant a lieu durant cette phase, les mouvements de chasse s'opposent au jet libre du carburant et confinent le carburant dans la chambre cae combustion 6 au voisinage des bougies d'allumage 7a et 7b. Ce qui a pour effet une combustion localisée du mélange riche au voisinage des bougies, d'o formation de très faibles quantités d'oxydes d'azote. L'air n'ayant pas participé à la combustion permet d'oxyder des gaz nocifs de combustion, notamment des hydrocarbures et le monooxyde de carbone. Il en résulte une réduction d'émission des gaz nocifs à l'échappement et donc une augmentation de la propreté du moteur. De tels fonctionnements sont très recherchés pour assurer lé régime de faible charge du moteur, notamment pour des circulations urbaines.' En outre, l'invention permet de réduire la consommation en essence du moteur, grace à l'optimisation.de la quantité d'essence injectée pour la combustion. Le mouvement de microturbulence créédans la chambre de combustion permet une meilleure combustion du mélange air/essence -et donc de réduire en partie l'émission de gaz nocifs pendant la combustion. Un autre cas de fonctionnement du moteur peut consister à n'utiliser que deux des quatre soupapes, une d'admission et une d'échappement, soit en débrayant par un moyen quelconque les soupapes inutilisées, soit en obturant le conduit correspondant par un papillon ou un volet. Les deux soupapes restant en service peuvent êtrei soit.côte à côte, 5a et 4a ou 5b et 4b, soit opposées, 5a et 4b ou 5b et 4a. Ce cas de figure permet de réduire la quantité d'air admise dans chaque cylindre, de modiffer les mouvements d'air créés lors de la phase d'admission et l'acoustique du collecteur d'admission en fonction du couple et du régime réclamés bar le conducteur du véhicule automobile. - L'exemple illustré précédemment se rapporte à- un moteur à injection directe. Il est possible de réaliser, selon l'invention, un moteur à injection indirecte en plaçant l'injecteur 8 dans la conduite d'admission de l'air 2 en amont des soupapes d'admission 4a,4b au lieu d'être à l'intérieur de la chambre de combustion 6. L'effet d'optimisation de la combustion créé grâce à la structure particulière du cylindre, permet d'apporter- des améliorations importantes vis-à-vis des moteurs à injection indirecte classique. Il est à noter également que le moteur à injection, selon l'invention, peut fonctionner comme un moteur à alcools avec un rendement élevé. Dans ce cas, il suffit de remplacer l'essence par un alcool et de l'injecter par l'intermédiaire des injecteurs. REVENDICATIONS 1. Moteur multicylindre à injection de carburant, notamment d'essence; comprenant des moyens d'admission -de l'air, des moyens d'échappement de gaz après combustion, des moyens d'injection de l'essence et des moyens d'allumage, caractérisé par le fait qu'il comprend, pour chaque cylindre: - une culasse (1) munie d'une cavité (6) formant chambre dé combustion "en toit" constituée de deux parois planes inclinées (6a,6b) se rejoignant au sommet par une paroi sensiblement cylindrique (6c) selon un diamètre du cylindre; - deux soupapes d'admission.(4a,4b) et deux soupapes d'échappement (5a,5b) débouchant dans les parois inclinées (6a,- 6b) de la chambre de combustion, les soupapes d'admission.(4a,4b) - et les soupapes d'échappement (5a,5b) étant disposées, respectivement, diamétralement opposées l'une à l'autre; - deux bougies (7a,7b) débouchant dans la paroi cylindrique (6c) au sommet de la chambre de combustion et orientées de façon inclinée-par rapport à l'axe vertical du cylindre. 2. Moteur multicylindre à injection selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le piston (9) du cylindre comporte une protubérance diamétrale supérieure (10) munie de deux parois latérales inclinées (11a, 11b) parallèles respectivement aux parois inclinées (6a,6b) de la chambre de.combustion (6). 3. Moteur multicylindre à injection selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la face supérieure (11c) est sous forme cylindrique, raccordant respectivement les deux parois latérales (11a,11b) pour former deux arêtes parallèles (12,13) dirigées vers le haut. 4. Moteur multicylindre à injection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte pour chaque cylindre un injecteur (8) dans la paroi cylindrique (6c) de la chambre de combustion (6). 5. Moteur multicylindre à injection selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'injecteur (8) est monté au centre de la chambre de combustion (6) et dirigé vers le bas selon l'axe du cylindre.