Brevet FR2687731A1 — publié le 19930827

MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A ALLUMAGE COMMANDE La présente invention concerne un moteur à combustion interne à allumage commandé, et plus particulièrement une construction de chambre de combustion pour un moteur à allumage commandé équipé d'un système de mise en rotation du mélange gazeux à l'admission. Les normes concernant la pollution et la consommation des moteurs à combustion interne équipant les véhicules automobiles et en particulier des moteurs à essence ou à allumage commandé, se sévérisent chaque jour davantage dans l'ensemble des pays industrialisés. L'industrie automobile est donc aujourd'hui occupée à trouver des solutions techniques pour répondre à ces obligations et ce, sans trop pénaliser ni les performances des moteurs ni leur prix de revient. Une technique connue pour favoriser la combustion aux faibles charges des moteurs à allumage commandé, consiste à générer une forte turbulence du mélange air-combustible dans les chambres de combustion. La turbulence du mélange gazeux à l'instant de l'allumage améliore en effet la stabilité de la combustion, du fait de la réduction du délai d'initiation et d'une augmentation de la vitesse de combustion. Classiquement le procédé adopté pour générer une turbulence favorable à la stabilité de la combustion consiste à donner un mouvement de rotation d'ensemble au mélange combustible admis dans la chambre de combustion. De tels mouvements de rotation d'ensemble, encore appelés rotation solide, sont principalement de deux types : le "Swirl" ou le "Tumble" : le Swirl correspond à un mouvement organisé colinéaire à l'axe de la chambre de combustion tandis que le Tumble correspond à un mouvement organisé d'axe perpendiculaire à l'axe de la chambre de combustion. De nombreux systèmes ont été développés pour générer de tels mouvements d'ensemble, on peut citer les pipes d'admission hélicoïdales, les soupapes à déflecteur, les systèmes de jets d'air, les masques s'étendant autour de la lumière d'aspiration, etc... Toutefois si ces différents systèmes permettent effectivement la réalisation de mouvements rotationnels plus ou moins ordonnés de la masse gazeuse dans les cylindres à l'admission et lors de la phase de compression, aucun dispositif n'a encore été étudié pour optimiser la turbulence de ces écoulements gazeux à l'instant du déclenchement de la combustion. La Demanderesse a en effet, mis en évidence que, contrairement à ce qui est communément admis, ce n'est pas directement la turbulence du mouvement d'ensemble de la masse gazeuse qui stabilise la combustion. Le mouvement tourbillonnaire d'ensemble, de type Swirl ou Tumble, n'a en effet pour conséquence directe qu'une meilleure préparation du mélange air-combustible et cette meilleure préparation ne présente qu'un rôle extrêmement limité sur la stabilité de la combustion. L'élément prépondérant qui assure la stabilité de la combustion, est la formation de micro-turbulences par friction de l'écoulement gazeux contre les parois de la chambre de combustion (cisaillement de la couche limite de l'écoulement gazeux au contact des parois). Le but de la présente invention est donc de proposer un nouveau moteur à combustion interne à allumage commandé améliorant la transformation aérodynamique du mouvement rotationnel d'ensemble de la masse gazeuse en un écoulement fortement turbulent favorable à la stabilité de la combustion. Pour ce faire, l'invention vise plus particulièrement un nouveau concept de construction de chambre à combustion, encore appelée H.L.T. (haute et locale turbulence) apte non seulement à engendrer une importante turbulence à partir d'un écoulement rotationnel d'ensemble de la masse gazeuse, extrêmement favorable à la stabilité de la combustion, mais encore à limiter spatialement cette turbulence de façon à maîtriser la propagation du front de flamme et notamment sa vitesse. Le moteur à combustion interne à allumage commandé selon l'invention, comporte une culasse dans laquelle est ménagée une paroi de plafond coopérant avec l1extrémité supérieure d'un piston monté coulissant dans un carter cylindre, pour former une chambre de combustion. La paroi de plafond présente au moins une lumière d'aspiration, une lumière d'échappement et un orifice pour le passage d'une bougie d'allumage. Selon l'invention le moteur à combustion interne à allumage commandé est caractérisé en ce que d'une part il comporte des moyens pour la mise en mouvement de ltaîr ou du mélange gazeux admis dans ladite chambre de combustion et en ce que d'autre part ladite chambre de combustion comporte des moyens générateurs de turbulence disposés au voisinage immédiat de l'orifice pour le passage de la bougie, de façon à engendrer une forte turbulence des gaz au droit de ladite bougie à l'instant d'allumage. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens générateurs de turbulence sont formés par un obstacle disposé en amont de l'orifice de passage de la bougie dans le sens de l'écoulement de la masse gazeuse à l'intérieur de la chambre de combustion. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'obstacle générateur de turbulence localisée est défini par une paroi déflectrice s'avançant à partir de la paroi de plafond dans la chambre de combustion. Selon une variante de réalisation de l'invention, l'obstacle générateur de turbulence localisée est défini par une paroi déflectrice formant arête s'avançant à partir de la surface supérieure du piston dans la chambre de combustion. Selon une autre caractéristique de l'invention, la paroi de plafond de la chambre de combustion est de forme concave et plus particulièrement partiellement hémisphérique. Selon une autre caractéristique de l'invention, la paroi de plafond de la chambre de combustion présente une zone de chasse. On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description donnée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention, présenté à titre d'exemple non limitatif, en se référant au dessin annexé, dans lequel la figure 1 est une vue en plan de dessous d'une chambre de combustion pour un moteur à combustion interne. Conformément à la figure 1, seule la paroi de plafond (1) d'une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne a été figurée. Ce dernier comprend classiquement un bloc cylindre non figuré comportant un alésage cylindrique dans lequel est monté coulissant un piston apte à être animé d'un mouvement alternatif. Le bloc cylindre est chapeauté par une culasse dans laquelle est agencée une paroi dite de plafond destinée à être positionnée en regard de l'alésage précité pour délimitée une chambre de combustion. La paroi de plafond (1) délimitant supérieurement la chambre de combustion est donc définie par une paroi concave partiellement hémisphérique. A travers la paroi de la chambre de combustion (1) s'étend une lumière d'aspiration (4) par où débouche le conduit d'admission (2) des gaz frais et une lumière d'échappement (5) par ou débouche le conduit d'échappement des gaz brûlés. Ces deux lumières sont disposées de manière sensiblement diamétralement opposées suivant la disposition classique des conduits à flux transversal ou "crossflow". Le conduit d'admission est de type hélicoïdal de façon à générer une mise en rotation, de type Swirl : c'est à dire colinéaire à l'axe de la chambre de combustion, du mélange aircombustible admis dans la chambre de combustion lors du fonctionnement du moteur. Une paroi déflectrice (8) s'avance à partir de la paroi de plafond (1) dans la chambre de combustion. Cette paroi s'étend latéralement entre l'ouverture pour le passage (6) de la bougie et la lumière d'échappement (5). Cette paroi déflectrice (8) est positionnée de sorte que l'ouverture (6) pour la bougie d'allumage est située au voisinage immédiat de celle-ci et en aval de cette dernière dans le sens de l'écoulement du tourbillon à l'intérieur de la chambre de combustion. la paroi de plafond (1) présente par ailleurs une zone de chasse (7) s'étendant sensiblement diamétralement opposée à 1 t ouverture (6) pour la bougie. Cette zone de chasse est formée par une surface sensiblement plane destinée à jouxté la surface supérieure du piston lorsque ce dernier est au P.M.H. (point mort haut). En fonctionnement l'air ou le mélange d'air et de combustible est guidé grâce au conduit d'admission hélicoïdal (2) en sorte qu'un tourbillon gazeux est produit dans le sens contraire à celui des aiguilles d'une montre, comme montré par la flèche sur la figure 1. Cet écoulement gazeux, de type Swirl, est forcé lors de la remontée du piston à l'encontre de l'obstacle (8) disposé en amont de la bougie qui joue alors le rôle d'une arète favorisant la turbulence. I1 en résulte une importante dissipation de l'énergie potentielle de la charge gazeuse en énergie cinétique turbulente peu avant le P.M.H. Cette forte turbulence qui se trouve être obtenue sensiblement au droit de la bougie entraîne alors un début de combustion très rapide ce qui améliore de manière très sensible la stabilité de la combustion. De plus, comme au-delà du noyau de haute turbulence formé au droit de la bougie, le reste de la chambre reste plus calme, la propagation de la combustion se trouve alors être ralentie, ce qui a pour effet d'améliorer les émissions d'oxydes d'azote en faisant baisser la température et d'hydrocarbures imbrûlés Le rôle de l'effet de chasse (ou Squish) est de générer une turbulence locale (par écrasement d'une lame d'air) qui accélère la combustion en direction de la zone de chasse (7). Bien entendu, l'invention n1 est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple non limitatif. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. Ainsi la mise en place d'un mouvement rotationnel d'ensemble dans la chambre à combustion n'est pas limité au Swirl, il peut être également de type Tumble, et les moyens pour la mise en oeuvre d'un tel mouvement ne sont pas limités à une pipe d'admission hélicoïdale ils peuvent être également constitués par une soupape à déflecteur, un système de jet d'air ou encore un masque entourant partiellement la lumière d'admission. Ainsi l'obstacle générateur de hautes turbulences peut être porté par le piston. Dans ce cas là la paroi déflectrice s'avance à partir de la surface supérieure du piston en saillie dans la chambre de combustion. Ainsi le concept de turbulence haute et locale n'est pas exclusif d'une chambre de combustion à deux soupapes et peut parfaitement équiper les chambres de combustion à trois ou quatre soupapes. Ainsi la zone de chasse n'est pas obligatoire et peut être supprimée dans certains modes de réalisation de l'invention où l'accélération de la combustion n'est pas nécessaire. REVENDICATIONS [1] Moteur à combustion interne à allumage commandé, comportant une culasse dans laquelle est ménagée une paroi de plafond coopérant avec l'extrémité supérieure d'un piston monté coulissant dans un carter cylindre, pour former une chambre de combustion, ladite paroi de plafond présentant au moins une lumière d'aspiration (4), une lumière d'échappement (5) et un orifice (6) pour le passage d'une bougie d'allumage, caractérisé en ce que d'une part ledit moteur comporte des moyens de mise en mouvement (2) de l'air ou du mélange gazeux admis dans ladite chambre de combustion et en ce que d'autre part ladite chambre de combustion comporte des moyens générateurs de turbulence (8) disposés au voisinage immédiat de l'orifice (6) pour le passage de la bougie, de façon à engendrer une forte turbulence de l'air au droit de ladite bougie à l'instant d'allumage. [2] Moteur à combustion selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens générateurs de turbulence (8) sont aptes à engendrer une turbulence localisée au voisinage immédiat de la bougie. [3] Moteur à combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que lesdits moyens générateurs de turbulence sont formés par un obstacle (8) disposé en amont dudit orifice (6) dans le sens de l'écoulement de la masse gazeuse à l'intérieure de la chambre de combustion. [4] Moteur à combustion selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit obstacle est défini par une paroi déflectrice (8) s'avançant à partir de la paroi de plafond (1) dans la chambre de combustion. [5] Moteur à combustion selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit obstacle est défini par une paroi déflectrice (8) s'avançant à partir de la surface supérieure du piston dans la chambre de combustion. t6] Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite paroi de plafond (1) est de forme concave. [7] Moteur à combustion interne selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite paroi de plafond (1) est partiellement hémisphérique. [8] Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite paroi de plafond (1) présente une zone de chasse (7).