Brevet FR2713706A1 — publié le 19950616

L'invention concerne un moteur à allumage par compression comportant au moins un cylindre et une préchambre de turbulence communiquant avec le cylindre par l'intermédiaire d'un canal de transfert débouchant tangentiellement à la paroi interne de cette préchambre de combustion. On connait des moteurs à allumage par compression ou moteurs Diesel comportant, associée à chacun de leurs cylindres, une préchambre de turbulence de forme sensiblement sphérique qui communique avec le cylindre par l'intermédiaire d'un canal de transfert rectiligne et dans laquelle debouche un injecteur de carburant disposé de manière à pouvoir injecter un jet de carburant à l'intérieur de la préchambre. Le moteur comporte un bloc-cylindre au-dessus duquel est placée une culasse à l'intérieur de laquelle sont disposées les préchambres de turbulence. Le canal de transfert permet de relier la préchambre à une chambre principale qui est délimitée, à l'intérieur du cylindre correspondant, par la tète du piston et par une partie adjacente de la culasse. Dans le cas des préchambres de turbulence, par exemple du type Ricardo, le canal de transfert a de préference une disposition tangentielle par rapport à la préchambre. L'injecteur est généralement disposé de manière à déboucher dans la préchambre, dans une zone située à l'opposé de l'embouchure du canal de transfert. Une bougie de préchauffage qui permet d'assurer le préchauffage et l'inflammation du mélange combustible au démarrage à froid du moteur est montée dans la culasse, de manière à comporter une partie chauffante venant en saillie à l'intérieur de la préchambre. Le canal de transfert présente une faible section par rapport à la section du piston du cylindre moteur auquel est associee 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 l'injecteur, pendant cette phase au cours de laquelle l'air est animé d'un mouvement tourbillonnaire intense. Cette préchambre de turbulence à parois lisses réalise le mélange entre l'air comburant et le gazole, et assure également le debut de la combustion. L'inconvénient d'une telle disposition tangentielle du canal de transfert relativement aux parois de la préchambre de turbulence, est de générer un écoulement tourbillonnaire trop intense. Au voisinage des parois de la préchambre et plus particulièrement au voisinage du nez de l'injecteur, les vitesses périphériques des gaz sont trop élevées. Lors de la première phase de levée d'aiguilles de l'injecteur, les premières quantités de gazole injectees risquent d'être emportées par cet écoulement trop intense, et ainsi d'être plaquées par impact sur la paroi de la préchambre. De ce fait, une vaporisation moins aisée entraîne un allongement du delai d'auto-inflammation, ce qui se traduit par des niveaux d'hydrocarbures imbrulés et de particules élevés dans les gaz du moteur et donc une diminution du rendement de la combustion dans le moteur. Le but de l'invention est donc de proposer un moteur à allumage par compression comportant au moins un cylindre et une préchambre de turbulence dont la paroi est de forme générale sphérique comprenant une partie supérieure usinée dans la culasse et une partie inférieure usinée dans une pièce rapportée dans la culasse. Cette préchambre communique avec le cylindre par l'intermédiaire d'un canal de transfert ; la forme interne de sa partie rapportée est aménagée de manière à tranquilliser l'écou- lement des gaz au voisinage des parois de la préchambre et notamment au voisinage du nez de l'injecteur, en décollant l'écoulement de la paroi sphérique de la préchambre de turbulence. Cette disposition permet ainsi d'améliorer les émissions d'hydrocarbures imbrûlés et de particules. Dans ce but, une portion de la partie inférieure de la paroi de la préchambre située dans le prolongement du canal de transfert est décalée vers l'intérieur par rapport à la partie supérieure de la paroi, de manière à réaliser un gradin adpaté pour décoller l'écoulement gazeux provenant du canal de transfert de la partie supérieure de la paroi de la préchambre. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limitatif, un mode de realisation d'un moteur suivant l'invention dont la prechambre de turbulence présente une forme améliorée. 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 selon l'art antérieur. La figure 2 est une vue en coupe par un plan vertical d'une partie d'un moteur Diesel comportant une préchambre de turbulence selon l'invention. La figure 3 est une vue de dessus de la partie rapportée de la préchambre selon 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. La culasse 2 est usinée au-dessus de chacun des cylindres 3, de façon à délimiter 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 sen siblement hémisphérique 13 usinée à l'intérieur de la culasse 2. La partie inférieure 14 de la paroi de la préchambre 5 est usinée à l'intérieur d'une pièce 8 rapportée et fixée à l'intérieur d'un logement de forme correspondante usiné dans la culasse 2. Un canal de transfert 9 de direction sensiblement tangentielle par rapport à la paroi de la préchambre 5 est usiné à l'intérieur de la pièce 8 et met en communication la partie supérieure du cylindre 3, au-dessus du piston 4, avec la partie inférieure de la préchambre 5. L'axe 10 de l'injecteur 6, l'axe 11 de la bougie 7 et l'axe 12 du canal 9 sont tous situés dans un même plan qui est un plan de symétrie de la préchambre 5 et du cylindre 3, c'est-à-dire un plan de symétrie de la préchambre 5 passant par l'axe du cylindre 3. Dans l'art antérieur, la sphère formant la préchambre de turbulence 5 est donc constituée de deux demi-sphères de rayon identique donné Rs La demi-sphère supérieure 13 est usinée dans la culasse 2, munie de deux orifices pour accueillir l'injecteur 6 et la bougie de préchauffage 7. La demi-sphère inferieure 14 est logée dans la partie rapportée de la préchambre 8. Ces deux demi-sphères 13 et 14 se raccordent selon un plan sensiblement horizontal réunissant leurs bases respectives. La préchambre de turbulence 5 ainsi formée comporte une paroi interne dépourvue de toute partie en saillie, à l'exception du nez de la bougie 7. Le canal de transfert 9 est place dans une direction tangentielle par rapport à la surface de la partie inférieure 14 de la paroi de la préchambre de turbulence 5. La section de ce canal de transfert 9 est constante sur toute sa longueur et presente une forme proche d'une ellipse qui est visible sur la figure 3. Ce canal 9 du moteur permet de faire parvenir les gaz chauds resul- tant de la combustion du carburant injecté dans la préchambre 5, à l'intérieur de la chambre principale délimitée à l'intérieur du cylindre 3 par la surface supérieure du piston 4. La combustion et l'injection des gaz de la préchambre 5 se produisent 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. La figure 2 montre la préchambre de transfert 5 selon la présente invention. Seul le profil de la paroi interne de la partie rapportée 8 est modifié, les caractéristiques des autres eléments décrits précédemment à la figure 1 n'etant pas modifiées. Le canal de transfert 9 débouche ainsi toujours tangentiellement à la demi-sphère inférieure 14. Au point de contact entre le canal de transfert 9 et la paroi hémisphérique inférieure 14, la valeur Rs du rayon de la sphère est conservée. Mais en remontant vers le haut de la paroi interne de la partie rapportée 8 dans le prolongement du canal de transfert 9, le rayon de la demi-sphère 14 est progressivement décroissant depuis la valeur R, jusqu'à une valeur inferieure Rs' Cette évolution progressive du rayon de la paroi inférieure 14 génère ainsi un gradin 15 situé dans le plan de raccordement entre les demi-sphères supérieure 13 et inférieure 14. La loi de variation suivie par le rayon R, permet d'obtenir une decroissance progressive et régulière de la valeur de Rs De manière préférentielle, cette loi de variation est telle que la différence entre la valeur du rayon initial Rs et la valeur finale Rs' est de l'ordre de 5 à 20 % de la valeur de Rs Comme le montre la figure 3, cette évolution de la valeur du rayon Rs est non seulement réalisée dans un plan vertical, comme décrit précédemment, mais aussi dans un plan horizontal de sorte que le gradin 15 a une surface supérieure par exemple horizontale en forme de demi cercle, symétrique par rapport au plan de symétrie de la préchambre 5 passant par l'axe du cylindre 3. Lorsque le piston 4 du moteur remonte à l'intérieur du cylindre 3, l'air admis dans le cylindre 3 est refoulé par l'intermédiaire du canal de transfert 9 dans la préchambre de turbulence 5 où il rencontre le "tremplin" de la partie inférieure 14 de cette préchambre 5. L'écoulement d'air provenant du canal de transfert 9 est ainsi décollé de la paroi sphérique supérieure, comme les flèches de la figure 2 le montrent. L'écoulement est alors tranquillise au voisinage des parois de la préchambre et notamment au voisinage du nez d'injecteur 6. Cette forme particulière de la préchambre 5 selon l'invention permet donc d'éviter un entraînement violent des premières quantités injectées de gazole liquide suivi d'un impact sur les parois de ces gouttelettes de gazole. En supprimant ce risque d'impact sur les parois, la combustion est ameliorée, ce qui permet donc de réduire les niveaux d'hydrocarbures imbrules et de suies de combustion. Un des intérêts d'une telle solution est de n'apporter des modifications géometriques qu'à la partie rapportée 8 de la préchambre 5 ; elles n'affectent ainsi en rien la géométrie de la culasse 2. L'invention ne se limite pas au mode de realisation qui a été décrit mais s'applique aussi aux deux types principaux de préchambre de turbulence : la préchambre à configuration "Comet V" et la préchambre à configuration "Advanced Comet". Par ailleurs, la forme géométrique du gradin 15 peut être différente de celle donnée à titre d'exemple à la figure 2. REVENDICATIONS 1.- Moteur à allumage par compression comportant au moins un cylindre (3) et une préchambre de turbulence (5) logée dans une culasse (2) et communiquant avec le cylindre (3) par l'intermédiaire d'un canal de transfert (9), la préchambre de turbulence (5) ayant une paroi de forme generale sensiblement sphérique comprenant une partie supérieure (13) usinée dans la culasse (2) et une partie inférieure (14) usinée dans la pièce (8) rapportée dans la culasse (2) et comprenant un canal de transfert (9) debouchant dans la préchambre (5) tangentiellement à la partie inférieure (14) de la paroi, caractérisé en ce qu'une portion de la partie inférieure (14) de la paroi de la préchambre (5) situee dans le prolongement du canal de transfert (9) est décalée vers l'intérieur de la prechambre par rapport à la partie supérieure (13) de la paroi, de manière à réaliser un gradin (15) adapté pour décoller l'écoulement gazeux provenant du canal de transfert (9) de la partie supérieure de la paroi de la préchambre (5). 2.- Moteur à allumage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rayon de la portion de la partie inférieure (14) de la paroi formant le gradin (15) est décroissant suivant une loi de variation adaptée pour obtenir un profil à variations régulières depuis la sortie du canal de transfert (9) jusqu'au gradin (15). 3.- Moteur à allumage selon la revendication 2, caractérisé en ce que la différence entre le rayon Rs de la portion de la partie inférieure (14) de la paroi au niveau de la sortie du canal de transfert (9) et le rayon Rsl de la portion de la partie inférieure (14) de la paroi au niveau du gradin (15) est sensiblement comprise entre 5 et 20 8 de la valeur du rayon Rs de la portion de la partie inférieure (14) de la paroi au niveau de la sortie du canal de transfert (9). 4.- Moteur à allumage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le gradin (15) formé par la portion de la partie inférieure (14) est dans un plan de raccordement entre la pièce rapportée (8) et la culasse (2). 5.- Moteur à allumage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la surface du gradin (15) est symétrique par rapport au plan de symétrie de la préchambre (5) passant par l'axe du cylindre (3).