Brevet FR2713281A1 — publié le 19950609

L'invention concerne un moteur à allumage par compression comportant au moins un cylindre dans lequel un piston est monté mobile dans la direction de l'axe du cylindre et une préchambre de turbulence à écoulement des gaz dirigé, autour de la bougie de préchauffage de la chambre de turbulence. 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 les préchambres de turbulence de forme approximativement sphérique. Les préchambres de turbulence sont destinées à assurer une bonne qualité de mélange 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 reliée par un canal de transfert sensiblement rectiligne à une chambre principale qui est délimitée, à l'intérieur du cylindre correspondant, par la tête du piston et par une partie adjacente de la culasse. Le canal de transfert présente une faible section par rapport à la section du piston du cylindremoteur 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 tries 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 1 ' 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. La combustion est initiée dans la préchambre et se propage à l'intérieur de la chambre principale du cylindre à travers le canal de transfert. Pendant la phase de détente, au cours de laquelle a lieu la combustion, le canal de transfert assure l'alimentation de la chambre principale au-dessus du piston en gaz chauds de combustion issus de la préchambre. Pendant la phase de détente, lors du déroulement de la combustion, la faible section du canal de transfert permet d'obtenir une très forte vitesse d'éjection des gaz chauds (brûlés et non brûlés) de la préchambre, dans la chambre principale du cylindre contenant de l'air comburant. Le dessus du piston est généralement usiné pour présenter une cavité de faible épaisseur en forme de trèfle comportant deux lobes. Cette cavité assure un mélange efficace des gaz chauds et de l'air comburant dans la chambre principale du cylindre et la formation de deux écoulements contrarotatifs à partir du jet de gaz chauds provenant de la préchambre. Pour faciliter le démarrage du moteur à froid, on assure un préchauffage des gaz et du carburant à l'intérieur de la préchambre en utilisant une bougie de préchauffage comportant un élément de chauffage rectiligne qui est en saillie à l'intérieur de la préchambre. Dans une disposition classique des préchambres d'un moteur à allumage par compression, l'élément de chauffage rectiligne de la bougie de préchauffage est disposé dans une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe du cylindre, l'élément de chauffage ayant son axe situé dans un plan traversant la préchambre, sensiblement perpendiculaire à l'axe du cylindre et sensiblement parallèle au plan de joint de la culasse sur le bloc-cylindre. La partie chauffante de la bougie de préchauffage se trouve en vis-à-vis et au-dessus de la partie débouchante du canal de transfert, à l'intérieur de la préchambre. Cette configuration est généralement appelée "configuration Comet V". Lors de la course de compression correspondant à la phase de remplissage de la préchambre de turbulence, l'écoulement d'air débouche à très grande vitesse du canal de transfert qui est placé dans une disposition sensiblement tangentielle par rapport à la paroi intérieure sphérique de la préchambre. L'écoulement d'air constitue un flux tourbillonnaire à l'intérieur de la préchambre dont la partie initiale, à la sortie du canal de transfert, circule au contact de la partie de la paroi interne de la préchambre située dans le prolongement du canal de transfert tangentiel. L'écoulement d'air vient heurter l'élément chauffant de la bougie de préchauffage qui est disposé sur le parcours de l'écoulement. L'élément de chauffage de la bougie se comporte comme un mur vis-à-vis de l'air arrivant dans la préchambre. Il en résulte des pertes de charge et une désorganisation du mouvement tourbillonnaire intense de l'air qui est nécessaire pour obtenir un mélange efficace entre l'air et le gazole injecté dans la préchambre. La désorganisation du mouvement tourbillonnaire dans la préchambre qui se traduit par un ralentissement du flux d'air et une modification de la structure de l'écoulement, induit une dégradation du mélange de l'air et des gouttelettes de gazole liquide et donc une dégradation de la vaporisation des gouttelettes de gazole et en conséquence, de la combustion. I1 peut en résulter des niveaux élevés d'hydrocarbures imbrûlés et de suies de combustion dans les gaz d'échappement du moteur. Le but de l'invention est donc de proposer un moteur par allumage par compression comportant au moins un cylindre dans lequel un piston est monté mobile dans la direction de l'axe du cylindre et une préchambre de turbulence ayant une paroi interne de forme sensiblement sphérique communiquant avec le cylindre par l'intermédiaire d'un canal de transfert sensiblement rectiligne disposé tangentiellement par rapport à la paroi interne de la préchambre qui est traversée, dans une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe du cylindre, par un élément de chauffage rectiligne d'une bougie de préchauffage s'étendant dans la préchambre en vis-à-vis d'une partie débouchante du canal de transfert, ce moteur à allumage par compression permettant d'améliorer les conditions de circulation de l'air dans la préchambre au moment de la compression et le mélange de cet air avec du carburant introduit dans la préchambre, de telle sorte que la combustion soit améliorée, ce qui permet de réduire les niveaux d'hydrocarbures imbrûlés et de suies de combustion dans les gaz d'échappement du moteur. Dans ce but, la partie de la paroi interne de la préchambre située dans le prolongement du canal de transfert comporte un bossage profilé en saillie vers l'intérieur de la préchambre s'étendant entre la partie débouchante du canal de transfert et la bougie de préchauffage et présentant une largeur dans une direction parallèle à la paroi de la préchambre et perpendiculaire à l'axe du canal de transfert qui est croissante dans le sens allant du canal de transfert vers la bougie de préchauffage. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation d'un moteur suivant l'invention dont la préchambre 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. 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. La figure 3 est une vue suivant 3-3 de la figure 2. La figure 4 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 5 est une vue en perspective d'une partie de la pièce rapportée représentée sur la figure 4. 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 comportant un injecteur de carburant 6 et une bougie de préchauffage 7 comportant un élément de chauffage 7a en saillie à l'intérieur de la préchambre 5. La préchambre 5 de forme sensiblement sphérique qui est délimitée à sa partie supérieure par une paroi interne hémisphérique usinée à l'intérieur de la culasse 2 comporte une partie inférieure usinée à l'intérieur d'une pièce 9 rapportée et fixée à l'intérieur d'un logement usiné dans la culasse 2. 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 9 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. L'axe 7'a de l'élément de chauffage 7a rectiligne de la bougie de préchauffage 7 fait un angle voisin de 90" avec l'axe 5a de la préchambre 5 parallèle à l'axe 3a du cylindre 3. En d'autres termes, l'axe 7'a de l'élément de chauffage 7a est disposé sensiblement dans un plan perpendiculaire à l'axe 3a du cylindre 3 et parallèle au plan de joint 2a de la culasse 2 suivant lequel la culasse 2 est rapportée sur le bloc-cylindre 1 avec interposition d'un joint de culasse 11. En outre, l'élément de chauffage 7a de la bougie de préchauffage 7 est disposé en vis-à-vis de l'ouverture 10a du canal de transfert 10 débouchant dans la préchambre 5. La surface supérieure du piston 4 est usinée pour que le piston 4 présente une cavité 12 en forme de trèfle venant dans le prolongement de l'extrémité lOb du canal 10 opposée à son ouverture lOa dans la préchambre, lorsque la tête du piston 4 est au voisinage du plan d'appui 2a de la culasse, en fin de phase de compression. Lors de la détente et de la combustion, les gaz chauds provenant de la préchambre 5 sont introduits dans la cavité 12 en forme de trèfle pour constituer deux écoulements contrarotatifs. Dans la phase de compression, comme représenté sur la figure 1, l'air refoulé par le piston 4 pénétrant dans le canal 10 et par son intermédiaire dans la préchambre 5 constitue un écoulement tourbillonnaire schématisé par les flèches 13 et 14 dont le parcours initial dans la préchambre 5 est voisin d'une partie 15 de la paroi intérieure de la préchambre 5 située dans le prolongement du canal de transfert 10, en-dessous de l'élément de chauffage 7a de la bougie de préchauffage 7. Le flux d'air tourbillonnaire 13 vient heurter l'élément de chauffage 7a de la bougie 7, de sorte qu'il est ralenti, qu'il subit une perte de charge et qu'il est dévié autour et sous l'élément de chauffage 7a, sous la forme de courants désorganisés 14. I1 en résulte une efficacité moindre du mélange de l'air et du combustible injecté par l'injecteur 6 et donc une dégradation de la combustion. 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 9 constituant la partie inférieure de la paroi de la préchambre 5. 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 lOa du canal 10 débouchant sur un fond plat dans la préchambre 5 et l'ouverture du canal de transfert lOb débouchant dans la chambre principale du cylindre 3 sur le plan de joint de la culasse ayant elles-mêmes des formes sensiblement elliptiques (figure 4). Selon l'invention, la pièce 9 rapportée à 1 'in- térieur de la culasse 2 constituant la partie inférieure de la paroi de la préchambre 5 comporte, dans la partie de paroi 15 située dans le prolongement du canal de transfert tangentiel 10, un bossage profilé 16 en saillie sur la paroi 15 vers l'intérieur de la préchambre. Comme il est visible sur les figures 2 et 3, le bossage 16 s'étend dans une zone de la partie 15 de la paroi de la préchambre comprise entre l'ouverture débouchante 10a du canal 10 et l'élément de chauffage 7a en saillie par rapport à la paroi interne de la préchambre 5. Le bossage 16 est dirigé de manière générale suivant la direction axiale 17 du canal de transfert 10 et présente comme plan de symétrie le plan de symétrie de la préchambre 5 passant par l'axe 3a du cylindre 3 (figure 3). Comme il est visible sur les figures 2 à 5, le bossage 16 est sensiblement inscrit dans un cône dont le sommet est situé sur la partie 15 de la paroi intérieure de la préchambre 5 au voisinage de l'ouverture débouchante îOa du canal de transfert 10 et dont la base est située au niveau de la partie d'extrémité supérieure de la pièce rapportée 9 en butée à l'intérieur de la culasse 2, endessous de l'élément de chauffage 7a de la bougie de préchauffage 7. Comme il est visible sur la figure 4 en particulier, le contour de la base du demi-cône dans lequel est inscrit le bossage 16 présente sensiblement la forme d'un demi-cercle ou d'une demi-ellipse. Comme il est visible en particulier sur les figures 3 et 5, le bossage 16 présente une dimension transversale dans une direction parallèle à la paroi 15 et perpendiculaire à l'axe 17 du canal de transfert qui est croissante depuis une valeur pratiquement nulle au voisinage de l'ouverture débouchante lOa du canal de transfert, jusqu'à une valeur proche du diamètre de l'élément chauffant 7a de la bougie de préchauffage, au voisinage de celle-ci. En outre, comme il est visible sur les figures 2 et 5, la dimension de la saillie du bossage 16 perpendiculairement à la surface 15 varie d'une valeur pratiquement nulle à une valeur correspondant au rayon de la base du demi-cône (ou demi-axe de l'ellipse), au niveau de la partie supérieure de la pièce rapportée 9. De préférence, le rayon R de la base du demicône est compris entre 0,4 et 0,6 Rs, Rs étant le rayon de la paroi sphérique de la préchambre 5. La hauteur h du cône, entre son sommet et sa base, le long de la partie de paroi 15, sera de préférence comprise entre 0,5 et 0,8 Rs. Le bossage sera généralement réalisé de façon monopièce avec la pièce rapportée 9 constituant la partie inférieure de la préchambre, lors de l'usinage ou le formage de cette pièce. Cependant, il ne sort pas du cadre de l'invention de réaliser le bossage sous la forme d'un élément usiné indépendamment de la pièce rapportée 9 et fixé sur la surface de cette pièce dans une position voulue. En fin de phase de compression, lorsque l'air de la chambre principale du cylindre 3 est refoulé dans la préchambre 5 par le piston 4 pour constituer un écoulement tourbillonnaire représenté de manière conventionnelle par les flèches 18 sur la figure 2, cet écoulement 18 rencontre, dans sa partie initiale, le bossage 16, de sorte qu'il se sépare en deux écoulements 18a, 18b qui s'écar- tent progressivement de l'axe central de l'écoulement correspondant à l'axe 17 du canal 10, pour passer de chaque côté de l'élément de chauffage 7a de la bougie de préchauffage 7 en aval de la partie d'extrémité du bossage 16 constituant la base du cône. L'écoulement d'air est donc amené progressivement dans un état lui permettant de contourner l'élément de chauffage de la bougie de préchauffage qui ne constitue plus ainsi un obstacle pour la circulation de l'air. L'écoulement d'air ne vient plus heurter violemment la face inférieure de l'élément de chauffage, comme dans les préchambres des moteurs Diesel à configuration Comet V selon l'art antérieur. La perte de charge et la limitation de vitesse du flux d'air entre l'extrémité débouchante l0a du canal de transfert 10 et la bougie de préchauffage 7 sont donc considérablement réduites. De plus, cette disposition permet d'obtenir un mouvement tourbillonnaire homogène dans la préchambre 5, en réduisant l'amplitude des courants de recirculation et des courants déviés générés sous la bougie de préchauffage. On améliore donc ainsi considérablement les qualités du mélange entre l'air et le carburant et les conditions de vaporisation. L'amélioration de la combustion qui en résulte permet de réduire à des niveaux faibles les quantités d'hydrocarbures imbrûlés et de suies dans les gaz du moteur. Ces avantages sont obtenus par une modification portant uniquement sur la partie de la préchambre rapportée à l'intérieur de la culasse. Cette modification n'affecte en rien la géométrie de la culasse et notamment l'inclinaison des axes et des diamètres du puits de l'injecteur 6 et de la bougie de préchauffage 7. Cette modification n'est donc pas susceptible d'entraîner une augmentation des coûts de fabrication. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit. C'est ainsi que le bossage profilé en saillie peut avoir une forme différente de la forme d'un demicône, les parties latérales du bossage évasées en direction de la bougie de préchauffage pouvant présenter une forme courbe, de manière à améliorer le guidage de l'écou- lement d'air. Bien que la réalisation du bossage sur une pièce rapportée à l'intérieur de la culasse présente des avantages substantiels, il est également possible d'envisager de réaliser le bossage sur une partie de la paroi de la préchambre usinée à l'intérieur de la culasse. L'invention s'applique à tous les moteurs Diesel rapides comportant au moins un cylindre auquel est associée une préchambre de turbulence et ayant une configuration du type Comet V. REVENDICATIONS 1.- Moteur à allumage par compression comportant au moins un cylindre (3) dans lequel un piston (4) est monté mobile dans la direction de l'axe (3a) du cylindre (3) et une préchambre de turbulence (5) ayant une paroi interne de forme sensiblement sphérique communiquant avec le cylindre (3) par l'intermédiaire d'un canal de transfert (10) sensiblement rectiligne disposé tangentiellement par rapport à la paroi interne de la préchambre (5) qui est traversée, dans une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe (3a) du cylindre (3), par un élément de chauffage rectiligne (7a) d'une bougie de préchauffage (7) s'étendant dans la préchambre (5) en vis-à-vis d'une partie débouchante (lova) du canal de transfert (10), caractérisé par le fait que la partie (15) de la paroi interne de la préchambre (5) située dans le prolongement du canal de transfert (10) comporte un bossage profilé (16) en saillie vers l'intérieur de la préchambre (5), s'étendant entre la partie débouchante (l0a) du canal de transfert (10) et la bougie de préchauffage (7) et présentant une largeur dans une direction parallèle à la paroi (15) de la préchambre (5) et perpendiculaire à l'axe (17) du canal de transfert qui est croissante dans le sens allant du canal de transfert (10) vers la bougie de préchauffage (7). 2.- Moteur suivant la revendication 1, dans lequel une partie de la paroi de la préchambre (5) et le canal (10) sont usinés dans une pièce (9) rapportée à l'intérieur de la culasse (2) du moteur, caractérisé par le fait que le bossage (16) est situé dans une partie de la paroi interne de la préchambre (5) usinée à l'intérieur de la pièce rapportée (9). 3.- Moteur suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le bossage (16) est réalisé en une seule pièce avec la pièce rapportée (9), pendant son usinage ou son formage. 4.- Moteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le bossage (16) est sensiblement inscrit à l'intérieur d'un demi-cône ayant un sommet vers l'extrémité débouchante (10a) du canal de transfert (10) et une base au voisinage de l'élément de chauffage (7a) de la bougie de préchauffage (7). 5.- Moteur suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que le demi-cône dans lequel est inscrit le bossage (16) comporte une base circulaire dont le rayon est compris entre 0,4 et 0,6 Rs et la hauteur entre 0,5 et 0,8 Rs, Rs étant le rayon de la paroi interne sphérique de la préchambre (5). 6.- Moteur suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le bossage (16) est sensiblement inscrit à l'intérieur d'un demi-cône dont le sommet est situé au voisinage de l'ouverture débouchante (10a) du canal (10) à l'intérieur de la pièce rapportée (9) et la base au niveau d'une surface d'extrémité de la pièce rapportée (9) en butée à l'intérieur de la culasse (2).