Brevet FR2648514A1 — publié le 19901221

c8 5 1 L'invention concerne un moteur à combustion interne dans chacune des chambres de combustion duquel font saillie deux électrodes d'un dispositif d'allumage électrique et est injecté le mélange combustible, au moyen d'un injecteur. La combustion du mélange injecté dans les moteurs thermiques ne s'effectue pas toujours de façon uniforme; de fortes fluctuations cycliques se produisent au contraire pendant le dérou- lement de la combustion. Des défauts locaux d'homogénéité du mélange et des fractions gazeuses résiduelles, ainsi que des confi- gurations d'écoulement variant de manière stochastique d'un cycle à l'autre, dans la région des électrodes de la bougie d'allumage, conduisent à des propagations très variables du dard de flamme partant de l'étincelle d'allumage. Le déroulement de la combustion du mélange de carburant et d'air dans la chambre de combustion présente ainsi des fluctuations correspondantes. La formation du dard de la flamme - variant aussi bien dans le temps que dans l'espace - contient déjà la direction de propagation de toute la flamme, avec la possibilité, dès le début de la combustion, de pertes de chaleur différentes, suivant la direction variable de propagation de la flamme. De telles pertes de chaleur sont occasionnées surtout près de surfaces relativement froides, comme celles formées par les parois de la chambre de combustion. Au cas o de telles pertes de chaleur se produisent au début du processus de combustion, alors que le dard n'a qu'un très petit volume, la combustion peut en être affectée considérablement. Comme la combus- tion doit être garantie malgré les fluctuations stochastiques dans le cas d'un moteur classique fonctionnant selon le cycle Beau de Rochas, la combustion doit être initiée avec une haute énergie d'allumage afin que le dard de la flamme ne risque pas de s'éteindre, même sous des conditions défavorables. L'invention vise à remédier aux inconvénients de la situation décrite ci-dessus. A cet effet, selon l'invention, un moteur comme défini au début est caractérisé en ce que l'injecteur est dirigé sur l'espace libre entre les électrodes, o jaillissent les étincelles d'allumage, et que la direction désirée de propagation du dard de 26 4 8 5 1 4 La flamme, ainsi que de la flamme, se trouve derrière les électrodes, dans la direction de pulvérisation de l'injecteur. Un moteur ainsi réalisé a l'avantage, grâce à l'injection dirigée sur les électrodes du mélange combustible, tlequel peut s'étendre sans entraves, c'est-à-dire sans pertes de chaleur par les parois, par exemple en direction du centre de la chambre de combustion, que l'on obtient une combustion dont l'allure dans le temps et dans l'espace est reproductible. Le méLange combustible doit être préparé de manière qu'il soit aussi homogène que possible. La disposition selon l'invention des électrodes et de l'injecteur a égaLement l'avantage que les fractions gazeuses résiduelles, déjà contenues dans la chambre de combustion, de même que les défauts d'homogénéité de leur méLange avec le fluide injecté, lesquels affecteraient l'allumage, ne peuvent pas se trouver dans l'intervalle compris entre les électrodes au début de l'allumage puisque le mélange combustible - exempt de gaz résiduel et homogène - est injecté directement dans cet intervalle. Il est également garanti ainsi que le dard de flamme, partant de l'étincelle d'allumage, se propage en direction du jet pulvérisé de mélange combustible, Laquelle détermine ainsi la direction initiale du dard, essentiellement vers le milieu de la chambre de combus- tion. Le contact avec des surfaces relativement froides et les influences consécutives sur le déroulement dans le temps et dans l'espace de la combustion, sont évités de cette manière au début de la combustion. Cet avantage est important puisque la propagation de la flamme est très sensible à des influences perturbatrices au début précisément du processus de combustion. Le dard, se dévelop- pant continûment à partir du plasma de l'étincelle électrique, présente au départ - alors que sa grandeur n'est que de quelques millimètres - un bilan énergétique très sensible, c'est-à-dire facilement influençable par le soutirage de chaleur par la surface ("Quenching") ou par l'absence de libération d'énergie chimique à partir du volume du dard, absence qui peut être provoquée par un défaut d'homogénéité du mélange ou par la présence de gaz résiduels dans la chambre de combustion. Une fois que le dard a atteint une longueur de quelques cm, sa propagation ne peut pratiquement plus être perturbée parce que le rapport entre l'énergie chimique dégagée en son sein et l'énergie délivrée à La surface est devenu beaucoup plus favorable qu'immédiatement après la formation du dard. Etant donné que les influences perturbatrices au début de la formation du dard et de sa propagation sont largement éliminées dans le moteur à combustion interne selon l'invention, les fluctua- tions cycliques peuvent être réduites de façon draconienne, si bien qu'un allumage sûr et une combustion complète sont assurés, égale- ment avec une plus faible énergie d'allumage. La stabilité de marche du moteur est améliorée, notamment lorsque le mélange est fortement appauvri. Le moteur selon l'invention peut être équipé d'une bougie d'allumage classique, possédant une électrode droite et une électrode en L. La bougie est orientée de manière que le plan commun des deux électrodes soit perpendiculaire à la direction de pulvérisation de L'injecteur, de sorte que le mélange peut être injecté librement dans l'espace entre les deux électrodes, o jaillit l'étincelle d'allumage, et que, de là, le mélange peut se propager également davantage, essentiellement en direction du centre de la chambre de combustion, sans que la propagation soit entravée par des pertes de chaleur dues aux parois. On peut utiliser aussi des bougies d'allumage avec des électrodes d'autres formes, mais il faut que soit garanti que le mélange combustible à allumer puisse se propager sans entraves depuis l'injecteur à travers l'espace libre entre les électrodes et dans la direction désirée à l'intérieur de la chambre de combustion. La vitesse de propagation du mélange injecté peut être comprise entre 2 et m/s, mais il est particulièrement avantageux, en cas d'utilisa- tion de bougies classiques, que le mélange combustible traverse l'espace libre entre les électrodes à une vitesse de propagation d'environ 3 à 5 m/s à l'instant d'allumage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexes, sur lesquels: - la figure 1 montre la coupe d'un moteur à combustion interne selon L'invention dans la région d'une chambre de combus- tion formée dans la culasse; - la figure 2 montre le principe de la structure d'un système d'injection et d'un injecteur; et - les figures 3 et 4 sont deux vues, mutuellement décalées de 90 , des deux électrodes d'une bougie d'allumage classique, comme cettlle utilisée sur le moteur à combustion interne selon la figure 1. La figure 1 montre une partie d'un moteur à combustion interne, constitué par un moteur fonctionnant selon le cycle Beau de Rochas, dont la chambre de combustion 1 est délimitée par une culasse 2 et un piston 3. Une bougie d'allumage classique 4 est vissée dans la culasse 2 de manière que ses électrodes 5, 6 fassent saillie dans la chambre de combustion 1. L'axe de la bougie 4 fait un angle de 90 avec la direction de pulvérisation d'un injecteur 7 monté dans La culasse 2. Le centre de la chambre de combustion 1 est situé derrière les électrodes 5, 6, dans la direction de puLvé- risation de l'injecteur 7. Les électrodes 5, 6 sont orientées, par rapport à la direction de pulvérisation 19, de manière qu'une partie au moins du méLange combustible 37 injecté puisse pénétrer et traverser sans encombres l'espace libre 16 entre les électrodes , 6. Peu après l'instant d'allumage, le piston 3, relié par une bielle 8 au vilebrequin non représenté ici, occupe la position la plus haute, représentée ici, c'est-à-dire "le point mort haut". Le piston 3 porte des segments 9 qui assurent l'étanchéité de la chambre de combustion 1 par rapport à l'espace 11 entouré par le bloc-moteur 10. Comme les soupapes 12, 13, montées dans la culasse 1 sont fermées, La combustion consécutive à l'allumage du mélange de carburant et d'air produit la course motrice pendant laquelle le pistion 3 est repoussé vers le bas. L'injecteur 7 comporte une soupape à aiguille 14 qui vient d'être ouverte, de sorte que le méLange de carburant et d'air comprimé sort en tant que méLange combustible à travers le trou d'injection 15 en direction des électrodes 5, 6, à une vitesse de propagation d'environ 3 à 5 m/s. Pendant ce processus, le méLange combustible traverse également l'espace libre 16 entre les deux électrodes 5, 6. A ce moment, un système d'allumage 17 appLique à travers une liaison électrique 18 une tension d'allumage à la bougie 4, de sorte qu'une étincelle d'allumage jaillit dans l'espace libre 16 entre les deux électrodes 5, 6. De ce fait, un plasma est créé dans cette zone, à partir duquel se forme un dard de flamme 20 qui se propage dans la direction de pulvérisation 19 du mélange. Quelques millisecondes après, le dard 201 est nettement plus grand et se trouve déjà au milieu à peu près de la chambre de combustion 1. D'autres bougies, non représentées ici, sont reliées par des càbles d'alLumage 21, 22, 23 au système d'allumage 17. Le plan médian 24 des deux électrodes 5, 6 est perpendi- culaire au plan du dessin ainsi qu'à la direction de pulvérisation 19 de l'injecteur 7. Ce dernier peut donc injecter sans entraves le mélange combustible dans l'espace libre 16. Cette disposition est clairement visible sur Les figures 3 et 4, montrant les électrodes , 6 à plus grande échelle. La figure 2 représente la structure de l'injecteur 7 et des dispositifs de commande qui y sont raccordés. L'injecteur 7 est ouvert par un électroaimant 25 qui soulève l'aiguille 27 de la soupape à aiguille 14 à la position ouverte représentée, à l'encontre d'un ressort de compression 26. L'électroaimant 25 est excité à partir de la distribution 40 du moteur. La commande des injecteurs s'effectue en fonction de différents paramètres du moteur; elle est en elle-même connue et ne fait pas partie de l'objet de l'invention. L'injecteur 7 est raccordé à un générateur d'air comprimé 28 par une canalisation d'air comprimé 29. Un régulateur 30 maintient la pression dans cette canalisation constante. Du carburant, venant d'un réservoir 32, est introduit sous pression, à travers un dispositif de dosage de carburant 31, dans le corps 33 de l'injecteur, ce qui produit, ensemble avec l'air comprimé qui y est également introduit, le mélange combustible désiré, lequel parvient à travers l'espace tubulaire 34 au trou d'injection 15. La figure 3 est une vue de côté de la bougie d'aLlumage 4 selon la figure 1 dans la région des électrodes 5, 6, tandis que La figure 4 est une vue des électrodes prise en direction de la face d'extrémité 35 de l'éléctrode 6. A l'application de la tension d'allumage, une étincelle 36 jaillit dans l'espace libre 16 et crée un plasma électrique. L'injecteur 7, se trouvant à proximité de l'espace libre 16, pulvérise le mélange combustible 37 à travers l'espace libre 16, suivant la direction indiquée par la flèche 19, si bien que, à l'instant T1, qui suit de peu l'instant d'allumage TO, un dard de flamme 38 en forme de croissant s'est formé. Peu de temps après, à l'instant T2, le dard 38 peut avoir un volume plus grand, comme indiqué en traits mixtes 39. Le dard 38 de la flamme se propage vers le milieu de la chambre de combustion 1 (figure 1), conformément à la direction de pulvérisation 19 choisie. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne dans chacune des chambres de combustion duquel font saillie deux électrodes d'un dispositif d'allumage électrique et est injecté le mélange combustible, au moyen d'un injecteur, caractérisé en ce que l'injecteur (7) est dirigé sur l'espace (16) entre les électrodes (5, 6), o jaillissent les étincelles d'allumage (36), et que la direction désirée de propagation du dard de la flamme, ainsi que de la flamme, se trouve derrière les électrodes (5, 6), dans la direction de pulvérisation (19) de l'injecteur (7). 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le centre de la chambre de combustion (1) est situé derrière les électrodes (5, 6), dans la direction de pulvérisation de l'injecteur (7). 3. Moteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif d'allumage est une bougie d'allumage (4) dont l'axe fait un angle de 90 avec la direction de pulvérisation (19) de l'injecteur (7) et que ces électrodes (5, 6) sont orientées, par rapport à la direction de pulvérisation (19), de manière qu'une partie au moins du mélange combustible (37) injectée puisse pénétrer et traverser sans entraves l'espace libre (16) entre les électrodes (5, 6). 4. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les électrodes (5, 6) sont conformées respec- tivement comme une tige droite (5) et un étrier (6) en L recouvrant la tige, dont le plan médian commun (24) est perpendiculaire à la direction de pulvérisation (19). 5. Moteur selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que le mélange combustible (37) traverse l'espace libre (16) entre les électrodes à une vitesse de propaga- tion d'environ 3 à 5 m/s à l'instant d'allumage.