Brevet FR2713705A1 — publié le 19950616

L'invention concerne un moteur à allumage par compression comportant au moins un cylindre et une préchambre communiquant entre eux par l'intermédiaire d'un canal de transfert et d'un canal auxiliaire. On connaît des moteurs à allumage par compression ou moteurs Diesel comportant, associée à chacun de leurs cylindres, une préchambre de turbulence. Le moteur comporte un bloc-cylindre au-dessus duquel est placée une culasse ; à l'intérieur de la culasse sont disposées des préchambres de turbulence de forme approximativement sphérique. Les préchambres de turbulence sont destinées à assurer une bonne qualité de melange entre le gazole injecté au sein de la préchambre et l'air comburant refoulé dans la préchambre et animé d'un mouvement tourbillonnaire intense. Chacune des préchambres est reliee par un canal de transfert sensiblement rectiligne à une chambre principale qui est délimitee, à l'intérieur du cylindre correspondant, par la tête du piston et par une partie adjacente de la culasse. Le canal de transfert presente 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 la phase de compression au cours de laquelle l'air est animé d'un mouvement tourbillonnaire à l'intérieur de la préchambre. Le carburant est ainsi mélangé de manière intime et efficace à l'air assurant la combustion. Dans certains cas, en particulier lorsque le canal de transfert est tangentiel par rapport à la paroi sphérique de la préchambre, le courant tourbillonnaire circulant à très grande vitesse à l'intérieur de la préchambre qui vient frapper le jet de carburant introduit dans la préchambre par l'injecteur produit une deviation et un morcellement du jet de carburant, de telle sorte que les premières quantités de carburant injectées dans la préchambre risquent d'être emportées par l'écoulement intense jusqu'à ce qu'elles soient arrêtées par la paroi interne de la préchambre contre laquelle une partie du carburant injecté reste plaquee. Cette partie du carburant qui ne subit pas un fractionnement sous forme de particules de petites dimensions et un melange intime avec l'air dans la préchambre ne peut pas être vaporise facilement, si bien que le délai d'auto-inflammation du carburant dans la préchambre se trouve allongé ; il en résulte des niveaux élevés d'hydrocarbures imbrûlés et de particules dans les gaz du moteur. De telles conditions de fonctionnement du moteur qui ne sont pas satisfaisantes semblent dues à des vitesses périphériques trop elevées de l'écoulement tourbillonnaire des gaz dans la préchambre. Afin de limiter la vitesse de l'écoulement tourbillonnaire des gaz dans la préchambre, on peut utiliser un canal de transfert qui débouche dans la préchambre non plus dans une disposition tangentielle par rapport à la paroi mais dans une zone sensiblement centrée d'une paroi de la préchambre. Cependant, dans le cas des préchambres à canal de transfert centré, le mélange de l'air et du carburant est réalisé de façon moins efficace et les gaz contiennent généralement des proportions élevées d'hydrocarbures et d'imbrûlés. Dans le FR-A-93.06162 dépose par les sociétés AUTOMOBILES PEUGEOT et AUTOMOBILES CITROEN, on a proposé d'utiliser un canal de transfert auxiliaire pour realiser le fractionnement du jet de carburant à sa sortie de l'injecteur. Le canal auxiliaire dont la section est infé rieure à celle du canal de transfert principal est dirigé vers l'intérieur de la préchambre de manière que son axe rencontre l'axe de l'injecteur suivant lequel se forme le jet de carburant. De cette manière, le canal auxiliaire produit, pendant la phase de compression, un jet d'air ê grande vitesse qui vient frapper le jet de carburant, de manière à ameliorer les conditions de mélange, de vaporisation et de combustion du carburant dans la préchambre. Cependant, le jet d'air forme par le canal auxiliaire est susceptible de projeter des gouttelettes de carburant contre la paroi interne de la préchambre, ce qui limite les possibilités de vaporisation de ces gouttelettes. Non seulement la projection d'air par le canal auxiliaire ne permet pas de supprimer la mise et le maintien en contact de carburant avec les parois de la préchambre mais encore cette projection d'air favorise le dépôt sur la paroi de gouttelettes produites par fractionnement du jet de carburant. Le but de l'invention est donc de proposer un moteur à allumage par compression comportant au moins un cylindre et une préchambre communiquant avec le cylindre par l'intermédiaire d'un canal de transfert et d'un canal auxiliaire sensiblement rectilignes comportant un injecteur de carburant destine à former un jet de carburant dirigé vers l'intérieur de la préchambre, en direction d'une zone de la paroi interne de la préchambre, le canal auxiliaire permettant de supprimer ou de limiter le dépôt de carburant par impact sur la paroi interne de la préchambre. Dans ce but, le canal auxiliaire dont la section est inferieure à celle du canal de transfert présente une disposition tangentielle par rapport à la zone de la paroi interne de la préchambre vers laquelle est dirigé le jet de carburant. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limitatif, en se réferant aux figures jointes en annexe, un moteur suivant. l'invention et suivant deux variantes de réalisation. 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 en coupe par un plan vertical de la partie supérieure d'un cylindre et de la préchambre de turbulence d'un moteur Diesel selon l'invention et selon une première variante de réalisation. La figure 3 est une vue de dessus d'une pièce rapportée à l'intérieur de la culasse pour constituer une partie de la paroi de la préchambre. La figure 4 est une vue en coupe analogue à la vue de la figure 2 d'une variante de réalisation d'un moteur suivant l'invention. 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 tels que 3 dans chacun desquels se déplace un piston 4 dans la direction de l'axe 3a du cylindre 3. La culasse 2 est usinée au-dessus de chacun des cylindres 3, de façon à délimiter, à sa partie supérieure, une préchambre de turbulence 5 dans laquelle débouche un injecteur de carburant 6. A l'intérieur de la préchambre 5 vient également en saillie un élément chauffant d'une bougie de préchauffage qui n'a pas été représentée sur la figure 1, de manière à simplifier la représentation. La bougie de préchauffage peut être disposée de manière que l'axe de l'élément de chauffage saillant à l'intérieur de la préchambre 5 qui est rectiligne se trouve placé soit suivant l'axe 7a et sensiblement perpendiculaire à l'axe 5a de la préchambre 5 parallèle à l'axe 3a du cylindre 3, soit suivant l'axe 7b sensiblement parallèle à l'axe 5a de la préchambre. Dans le premier cas, la configuration de la préchambre est généralement désignée par le terme "Comet V" et dans le second cas par le terme "Advanced Comet". La préchambre 5 de forme sensiblement sphérique qui est délimitée à sa partie supérieure par une paroi interne hémisphérique à l'intérieur de la culasse 2 comporte une partie inférieure usinée à l'intérieur d'une pièce 8 rapportée et fixée à l'intérieur d'un logement usiné dans la culasse 2. La partie de paroi interne de la préchambre 5 usinée dans la pièce rapportée 8 comporte une zone 11 constituée par une surface à génératrices droites qui peut être de forme sensiblement tronconique. L'axe 6a de l'injecteur suivant lequel se forme le jet 9 de carburant dans la préchambre 5 est dirigé de manière à rencontrer la surface interne de la préchambre 5, dans la zone 11. En d'autres termes, la zone 11 de la surface interne de la préchambre 5 constitue la zone d'impact théorique du jet 9 formé par l'injecteur 6. Un canal de transfert 10 de direction sensiblement tangentielle par rapport à la paroi interne de la préchambre 5 est usiné à l'intérieur de la pièce 8 et met en communication la partie supérieure du cylindre 3 audessus du piston 4 constituant la chambre principale du cylindre, avec la partie inférieure de la préchambre 5. Pendant la phase de compression, lorsque le piston 4 se déplace dans le sens donné par la flèche 12 et parvient au voisinage du plan de joint 2a de la culasse 2, l'air admis dans la chambre principale du cylindre 3 délimitée par la surface supérieure du piston 4 et par le plan de joint 2a de la culasse est refoulé dans la préchambre 5 par le canal de transfert 10 et constitue, à l'intérieur de la préchambre 5, un écoulement tourbillonnaire intense représente par les flèches 13. Du carburant est injecté dans la préchambre 5 par l'injecteur 6, pendant la phase de compression, sous la forme d'un jet 9 dirigé initialement vers la zone 11 de la paroi interne de la préchambre 5. L'ecoulement tourbillonnaire 13 vient frapper le jet 9, de telle sorte que le jet de carburant 9 est dévié en direction de la paroi interne de la préchambre, audessus de la zone 11 et fragmenté sous forme de gouttelettes. Une partie du carburant vient heurter la paroi interne de la préchambre 5 et s'étale sur cette paroi sous la forme d'une couche 9a. La couche 9a qui n'est pas fractionnée et mélangée intimement au courant d'air tourbillonnaire 13 ne peut être évaporee facilement et rapidement. Les conditions d'évaporation du carburant ne sont donc pas satisfaisantes, au moins au début de l'injection de carburant. Il en resulte un retard à l'inflammation du carburant dans la préchambre et donc des émissions accrues d'hydrocarbures imbrûlés et de suies de combustion dans les gaz du moteur. Sur la figure 2, on a représenté, dans une vue en coupe analogue à la vue de la figure 1, un moteur suivant l'invention qui est identique au moteur représenté sur la figure 1, à l'exception de la pièce rapportée 8 constituant la partie inférieure de la paroi de la préchambre 5 dans laquelle on a usiné un canal auxiliaire d'injection d'air. Les éléments correspondants sur les figures 1 et 2 portent les mêmes repères. Le canal de transfert 10 présente la forme d'un cylindre à base sensiblement elliptique, l'ouverture 10a du canal débouchant dans la préchambre 5 et l'ouverture lOb débouchant dans la chambre principale du cylindre 3 sur le plan de joint 2a de la culasse 2 ayant des formes sensiblement elliptiques. Le canal 10 débouche par son ouverture elliptique lOa sur un fond plat 14 de la préchambre 5 adjacent à la zone 11 de la paroi à génératrices droites située dans le prolongemnt de l'axe 6a de l'injecteur 6, c'est-à-dire sur le trajet théorique du jet de carburant 9. Selon l'invention, un canal auxiliaire rectiligne 15 est usiné à l'intérieur de la pièce 8, de manière que son axe soit parallèle à une génératrice droite de la zone 11 de la surface interne de la préchambre 5 suivant laquelle le canal 15 est tangent à la surface de la préchambre 5. Comme il est visible sur les figures 2 et 3, le canal 15 présente une section à peu près circulaire d'une dimension très inférieure à la dimension de la section du canal 10. Le canal 15 débouche par l'une de ses extrémités 15a sur le fond plat 14 de la préchambre 5, dans une position adjacente à la partie inférieure de la zone 11 de la paroi interne de la préchambre 5. Le canal 15 debouche par son extrémité opposée 15b dans le canal 10, à proximité de l'extrémité lOb du canal 10 débouchant dans la chambre principale du cylindre 3. Le canal 15 est dans une disposition tangentielle par rapport à la zone ll à génératri- ces rectilignes de la paroi de la préchambre 5. Si l'on désigne par Rs le rayon de la partie sphérique de la préchambre 5, le diamètre du canal auxiliaire est compris entre 0,1 et 0,2 Rs. Pendant la phase de compression, lorsque le piston 4 se déplace dans le sens figuré par la flèche 12, l'air admis dans la chambre principale du cylindre 3 est refoulé à l'intérieur de la préchambre 5 par l'intermé- diaire du canal de transfert 10 pour donner naissance à un écoulement tourbillonnaire intense schématisé par les flèches 13. Pendant la phase de compression, un jet de carburant 9 est injecté par l'injecteur 6, dans une direction initiale correspondant à la direction 6a de l'axe de l'injecteur. L'écoulement d'air tourbillonnaire 13 vient heurter le jet de carburant qui est dévié en direction de la paroi interne de la préchambre 5, au-dessus de la zone 11. L'écoulement d'air 13 provoque également la fragmentation du jet de carburant 9 sous la forme de gouttelettes. Une partie de l'air injecté dans le canal 10 par son extrémité lOb pénètre dans le canal auxiliaire 15 par son extrémié 15b pour être injectée dans la préchambre 5 par l'ouverture 15a du canal sous la forme d'un écoulement rectiligne 16 à grande vitesse, tangentiel à la paroi de la préchambre 5 dans la zone 11. Du fait que la section du canal auxiliaire 15 est sensiblement inférieure à la section du canal 10, le jet d'air 16 circule à très grande vitesse et réalise un balayage efficace de la paroi interne de la préchambre 5, dans la zone 11 et dans la zone de forme sphérique située au-dessus de la zone 11. Le jet d'air 16 à grande vitesse permet de décoller les gouttelettes de carburant 9b provenant du jet de carburant 9 et dirigées vers la paroi interne de la préchambre par l'écoulement tourbillonnaire 13. Les gouttelettes 9b sont chassées par le jet d'air 16 vers la partie centrale de la préchambre, comme représenté par les flèches 17. Les gouttelettes 9b peuvent alors être reprises par le courant principal tourbillonnaire 13, de sorte que la totalité du carburant introduit dans la préchambre 5 est melangée à l'air circulant sous la forme du courant tourbillonnaire 13, ce qui assure une vaporisation efficace du carburant. Il en résulte une inflammation rapide du carburant dans la préchambre 5 et une réduction des quantités d'hydrocarbures imbrûlés et de particules de suies dans les gaz du moteur. Sur la figure 4, on a représenté, dans une coupe par un plan vertical identique à la coupe de la figure 2, un moteur suivant l'invention et suivant une variante de realisation. Les éléments correspondants sur les figures 2 et 4 portent les mêmes repères avec cependant l'indication du signe L (prime) pour les éléments représentés sur la figure 4. Sur la figure 4, on a représenté un cylindre 3' d'un moteur à allumage par compression auquel est associée une préchambre 5' communiquant avec la chambre principale du cylindre 3' par un canal de transfert rectiligne 10' débouchant dans la préchambre 5' par une extrémité lO'a traversant un fond plat 14' de la préchambre 5'. La partie inférieure de la paroi de la préchambre 5' et le canal 10' sont usinés dans une pièce 8' rapportée à l'intérieur de la culasse 2'. La partie de la paroi interne de la préchambre 5' usinée dans la pièce rapportée 8' comporte le fond plat 14' et une zone 11' dans laquelle la surface de la paroi interne de la préchambre comporte des génératrices rectilignes. La zone 11' se trouve sur le prolongement de l'axe 6'a d'un injecteur 6' débouchant dans la préchambre 5', c'est-à-dire sur le trajet théorique d'un jet de carburant forme par l'injecteur 6'. Dans le cas du moteur representé sur la figure 2, le canal de transfert 10 est tangentiel à la paroi de la préchambre, à l'opposé de la zone 11, alors que dans le cas du moteur représente sur la figure 4, le canal de transfert 10' débouche dans une position centrée à l'interieur de la préchambre 5', l'extrémité 10'a du canal de transfert 10' se trouvant sensiblement au centre du fond plat 14' de la préchambre 5'. Un canal auxilaire 15' est usiné dans la pièce rapportée 8', de manière à déboucher sur le fond plat 14 de manière adjacente par rapport à la partie inferieure de la zone 11' de la paroi interne de la préchambre 5'. De plus, l'axe du canal 15' est parallèle à une génératrice de la paroi de la pré-chambre 5' dans la zone ll', et se trouve dans une disposition tangentielle par rapport à la paroi de la préchambre dans la zone 11'. Le canal 15' presente une section sensiblement inférieure à la section du canal 10'. Les caractéristiques géométriques du canal 15' et en particulier ses caractéristiques dimensionnelles sont identiques aux caractéristiques du canal 15 du moteur représenté sur la figure 2. Lors de la compression, le piston 4' se déplace en direction de la surface 2'a de la culasse 2' et assure le refoulement d'air admis dans le cylindre 3', à l'inte- rieur de la chambre 5' par le canal de transfert 10'. Du fait de la disposition centrale du canal de transfert 10', l'écoulement tourbillonnaire d'air à l'intérieur de la préchambre 5' présente des vitesses circonférentielles sensiblement plus faibles que dans le cas d'un canal tangentiel tel que le canal 10 représenté sur la figure 2. Lors de l'injection de carburant suivant la direction de l'axe 6'a de l'injecteur 6', l'écoulement tourbillonnaire d'air à l'intérieur de la préchambre 5' rencontre le jet de carburant qui est dévié en direction de la paroi interne de la préchambre 5' du côté de la zone ll' Du fait des vitesses reduites de l'écoulement tourbillonnaire, par rapport aux vitesses à l'intérieur d'une préchambre comportant un canal tangentiel, le jet de carburant subit une déviation sensiblement plus faible, de sorte que la quantité de carburant qui est plaquée contre la paroi de la préchambre 5' est sensiblement réduite. Cependant, l'air injecté lors de la compression dans le canal 15' de petite section qui produit un jet tangentiel à la paroi de la préchambre 5' dans sa zone 11' peut encore être utile pour décoller des particules de carburant susceptibles de venir au contact de la paroi de la préchambre. Dans le cas du canal centré 10', le canal auxiliaire permet donc d'obtenir également des avantages en ce qui concerne la vaporisation et l'inflammation du carburant dans la préchambre. Dans tous les cas, le canal auxiliaire peut être usine dans une pièce rapportée à l'intérieur de la culasse telle que la pièce 8 ou 8', de sorte que la conception et la fabrication de la culasse en elle-meme ne sont pas modifiées. En particulier, l'inclinaison des axes et les diamètres du puits de l'injecteur et de la bougie de préchauffage n'ont pas à être modifiés, l'invention étant mise en oeuvre par un simple perçage supplémentaire de la pièce rapportée constituant la partie inférieure de la paroi de la préchambre. Comme représenté sur les figures 2 et 4, le canal auxiliaire peut être place en dérivation sur le canal de transfert principal, de manière que son extrémité d'entrée soit disposée au voisinage de l'extrémité d'entrée du canal de transfert débouchant dans la chambre du cylindre. Dans certains cas, suivant la disposition du canal de transfert, il est également possible de réaliser un perçage de la pièce rapportée pour constituer un canal auxiliaire, entièrement distinct du perçage constituant le canal de transfert principal. Dans tous les cas, le canal auxiliaire a une disposition tangentielle par rapport à la zone de la paroi interne de la préchambre vers laquelle est dirigé l'axe de l'injecteur, cette zone etant usinée dans la pièce rapportée. Cette zone de la paroi interne de la préchambre est dans une disposition opposée par rapport à la partie de la paroi située dans le prolongement du canal de transfert principal. L'invention permet donc d'ameliorer sensiblement les performances du moteur d'une manière simple et avec une modification très réduite des pièces constituant la préchambre. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit. C'est ainsi que l'invention s'applique dans le cas de tout moteur comportant des prechambres de turbulence, quelles que soient la position et l'orientation du canal de transfert principal et quelles que soient la constitution et la position des éléments de préchauffage de ces préchambres. L'invention s'applique à tous les moteurs 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 (3, 3') et une préchambre (5,5') communiquant avec le cylindre par l'intermédiaire d'un canal de transfert (10, 10') et d'un canal auxiliaire (15, 15') sensiblement rectilignes et comportant un injecteur de carburant (6, 6') destiné à former un jet de carburant (9) dirigé vers l'intérieur de la préchambre (5, 5'), en direction d'une zone (11, 11') de la paroi interne de la préchambre (5, 5'), caractérisé par le fait que le canal auxiliaire (15, 15') dont la section est inférieure & celle du canal de transfert presente une disposition tangentielle par rapport à la zone (11, 11') de la paroi interne de la préchambre (5, 5') vers laquelle est dirigé le jet de carburant (9). 2.- Moteur suivant la revendication 1, caracté- risé par le fait que le canal auxiliaire débouche par une extrémite d'entrée (15b) dans le canal de transfert (10, 10'), au voisinage d'une extrémite (lOb) du canal de transfert (10, 10') débouchant dans la chambre principale du cylindre (3, 3'). 3.- Moteur suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, comportant une préchambre de forme sensiblement sphérique et un canal de transfert (10) ayant une disposition tangentielle par rapport à la paroi interne de la préchambre (5), caractérisé par le fait que le canal auxiliaire (15) est placé dans une disposition tangentielle par rapport à une zone (11) de la paroi interne de la préchambre (5) à l'opposé de la paroi de la préchambre (5) disposée dans le prolongement du canal de transfert tangentiel (10). 4.- Moteur suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que la zone (11, 11') de la paroi interne de la préchambre (5, 5') vers laquelle est dirige le jet de carburant (9) presente la forme d'une surface à génératrices rectilignes, le canal auxiliaire (15) etant disposé dans la direction d'une génératrice rectiligne de la surface. 5.- Moteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel une partie de la paroi de la préchambre (5, 5') et le canal de transfert (10, 10') sont usinés dans une pièce (8, 8') rapportée à l'intérieur de la culasse (2, 2') du moteur, caractérisé par le fait que le canal auxiliaire (15, 15') est réalisé par perçage de la pièce rapportée (8, 8'). 6.- Moteur suivant la revendication 5 dans lequel la partie de la paroi de la préchambre (5, 5') usinée dans la pièce rapportée (8, 8') comporte un fond plat (14) du côte de la chambre du cylindre (3) sur lequel débouche le canal de transfert (10, 10'), caractérisé par le fait que le canal auxiliaire (15, 15') débouche dans la préchambre (5, 5') sur le fond plat (14), dans une position adjacente par rapport à la zone (11, 11') de la paroi vers laquelle est dirigé le jet de carburant (9). 7.- Moteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, comportant une préchambre de forme sensiblement sphérique ayant un rayon Rs, caractérisé par le fait que le canal auxiliaire (15, 15') presente une section transversale de forme sensiblement circulaire dont le diamètre est compris entre 0,1 et 0,2 Rs.