Brevet FR2718192A1 — publié le 19951006

CULA88E POUR MOTEUR A CONBU8TION INTERNE A ALLUMAGE COMMANDE La présente invention concerne une culasse pour moteur à combustion interne à allumage commandé, et plus particulièrement une construction de chambre de combustion pour un moteur à allumage commandé favorisant la turbulence du mélange carburé. 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. Parmi les différentes solutions existantes, l'utilisation d'un masque entourant partiellement l'orifice d'aspiration débouchant dans la chambre de combustion offre un bon compromis entre l'efficacité dans la mise en rotation des gaz admis dans la chambre et la facilité de mise en oeuvre, puisqu'il est possible de réaliser un tel masque soit, directement brut de fonderie soit, lors de l'usinage des logements des sièges de soupapes. Ainsi le document FR-A-2.349.033 divulgue une culasse pour moteur à combustion interne comprenant une surface intérieure définissant une chambre de combustion qui comporte des orifices d'admission et d'échappement respectivement obturables par des soupapes d'admission et d'échappement. Une paroi de guidage entoure partiellement l'orifice d'admission et s'étend parallèlement à la ligne de déplacement de la soupape d'admission jusqu'à une hauteur sensiblement supérieure à la levée maximale de la soupape d'admission. Le mélange introduit dans la chambre de combustion est allumé par une bougie qui est disposée dans une partie évidée hémisphérique définie par la paroi intérieure de la culasse et disposée entre le l'orifice d'admission et l'orifice d'échappement dans le sens de circulation des gaz. La mise en oeuvre d'une telle chambre de combustion est toutefois délicate notamment en ce qui concerne les problèmes de cliquetis engendrés par le volume relativement faible de la partie évidée au fond de laquelle est logée la bougie d'allumage. Le but de la présente invention est de proposer une culasse de moteur à combustion interne définissant une chambre de combustion du type à masque particulièrement simple à réaliser et favorisant la préparation du mélange carburé par une forte turbulence des gaz aspirés et la propagation de la flamme lors de la combustion. La culasse pour moteur à combustion interne à allumage commandé selon l'invention, comprend une surface intérieure définissant une chambre de combustion destinée à venir recouvrir un alésage cylindrique d'un bloc moteur correspondant, dans laquelle sont ménagés une ouverture pour le passage de la bougie d'allumage et des orifices d'admission et d'échappement disposés sensiblement diamétralement opposés, ces orifices étant commandés par l'intermédiaire de soupapes respectives d'admission et d'échappement. Selon l'invention, la culasse est caractérisée en ce qu'une paroi de guidage entoure partiellement l'orifice d'admission pour provoquer la rotation du mélange carburé pénétrant dans la chambre de combustion à travers l'orifice d'admission et en ce que la paroi de guidage est prolongée en direction de l'orifice d'échappement, dans le sens opposé à la rotation des gaz, par une surface convexe tournée vers l'alésage cylindrique à la base de laquelle est disposée l'ouverture pour la bougie. 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 partielle en plan de dessous d'une culasse pour moteur à combustion interne selon l'invention. Conformément à la figure 1, seules les parties caractéristiques de la culasse nécessaire à la compréhension de l'invention ont été figurées. La surface intérieure 1 de la culasse définit une chambre de combustion 8 sensiblement concave par exemple du type en dôme, destinée à venir recouvrir un alésage cylindrique du bloc moteur dans lequel un piston est animé d'un mouvement alternatif. A travers la paroi de la chambre de combustion s'étend un orifice d'admission 2 et un orifice d'échappement 3 disposés sensiblement diamétralement opposés suivant la disposition classique des conduits respectifs d'amenée du mélange carburé et d'évacuation des gaz brûlés ménagés dans la culasse, dite "à flux transversal" ou "crossflow". Ces orifices 2 et 3 sont commandés par l'intermédiaire de soupapes respectives d'admission et d'échappement actionnées de manière connue par l'intermédiaire d'un ou plusieurs arbre à cames. Une paroi de guidage 5 ou masque encercle partiellement l'orifice d'admission pour servir de prolongement à ce dernier. Ce masque a pour effet de provoquer la rotation du mélange carburé pénétrant dans la chambre de combustion à travers l'orifice d'admission 2 (dans le sens contraire des aiguilles d'une montre, cf figure 1). Cette rotation est donc sensiblement hélicoïdale de type Swirl, c'est-à-dire colinéaire à l'axe de la chambre de combustion. La hauteur de la paroi de guidage 5 de la soupape qui croit dans le sens contraire des aiguilles d'une montre, est limitée par le plan de joint de culasse sur le bloc moteur, de façon à ne pas venir au contact de la surface supérieure du piston lorsque ce dernier est au P.M.H. (point mort haut). La forme de la chambre de combustion 8 et l'implantation de l'orifice d'admission 2 sont étudiées pour que la hauteur maximale de la paroi de guidage soit sensiblement supérieure à la levée de la soupape d'admission correspondante. La paroi de guidage 5 est préférentiellement disposée le plus près possible de l'orifice d'admission 2 pour favoriser la mise en rotation des gaz. Ainsi, on a pu montrer qu'une distance comprise entre 0,2 mm et 0,6 mm entre la surface de paroi 5 et la périphérie extérieure de la soupape d'admission, obtenue après usinage du siège de la soupape, offre un bon compromis entre l'importance du tourbillonnement provoqué et la facilité de mise en oeuvre. La paroi de guidage 5 qui s'étend parallèlement au déplacement de la soupape d'admission est prolongée en direction de l'orifice d'échappement 3, dans le sens des aiguilles d'une montre, par une surface convexe 6 dont la convexité est tournée vers l'alésage cylindrique. A la base de cette surface convexe 6 est disposée l'ouverture pour la bougie 4 de façon à faire sensiblement face à l'orifice d'échappement 3 et en aval de ce dernier dans le sens de l'écoulement du tourbillon à l'intérieur de la chambre de combustion. Une zone de chasse 7 est agencée diamétralement opposée à la bougie d'allumage, cette zone de chasse est formée par une surface 7 plane s'étendant dans le plan de joint de la culasse 1 et destinée à jouxter la surface supérieure du piston lorsque ce dernier est au P.M.H. Cette zone de chasse a pour fonction de provoquer en fin de cycle le reflux des gaz vers le centre de la chambre de combustion et donc vers la bougie d'allumage. La surface 7 doit être suffisamment importante pour obtenir une forte turbulence. I1 apparait qu'une surface formant entre 20 et 30 % de la section maximale de la chambre de combustion (correspondant sensiblement à la section du cylindre correspondant), forme le meilleur compromis entre l'importance de la turbulence et le maintien d'un volume résiduel suffisant à la chambre de combustion 8. En fonctionnement, le mélange d'air et de carburant pénétrant dans la chambre de combustion 8 est canalisé par la paroi de guidage 5. Le mélange carburé s'écoule alors préférentiellement dans la zone diamétralement opposée à cette paroi pour engendrer à l'intérieur de la chambre de combustion un mouvement tourbillonnaire (dans le sens contraire des aiguilles d'une montre conformément à la flèche représentée sur la figure 1). Ce mouvement de rotation ordonné généré pendant la phase d'admission va se poursuivre lors de la phase de compression. Cet écoulement gazeux, de type Swirl, est forcé lors de la remontée du piston à l'encontre de la paroi convexe 6 disposée en aval de la bougie. 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 entraine alors un début de combustion tres 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. Bien entendu, l'invention n'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. REVENDICATION8 [1] Culasse pour moteur à combustion interne à allumage commandé comprenant une surface intérieure (1) définissant une chambre de combustion (8) destinée à venir recouvrir un alésage cylindrique d'un bloc moteur correspondant, dans laquelle sont ménagés une ouverture (4) pour le passage de la bougie d'allumage et des orifices d'admission (2) et d'échappement (3) disposés sensiblement diamétralement opposés, lesdits orifices étant commandés par l'intermédiaire de soupapes respectives d'admission et d'échappement, caractérisée en ce qu'une paroi de guidage (5) entoure partiellement l'orifice d'admission (2) pour provoquer la rotation du mélange carburé pénétrant dans la chambre de combustion à travers l'orifice d'admission (2) et en ce que la paroi de guidage (.5) est prolongée en direction de l'orifice d'échappement (3), dans le sens opposé à la rotation des gaz, par une surface convexe (6) tournée vers l'alésage cylindrique à la base de laquelle est disposée l'ouverture pour la bougie (4). [2] Culasse selon la revendication 1, caractérisée en ce que la distance entre ladite paroi de guidage (5) et la périphérie extérieure de la soupape d'admission commandant ledit orifice d'admission (2) est comprise entre 0,2 mm et 0,6 mm. [3] Culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisée en ce qu'il est prévue une zone de chasse (7) disposée sensiblement diamétralement opposée à l'ouverture (4) pour la bougie. [4] Culasse selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface de la zone de chasse (7) représente entre 20 et 30 % de la section maximale de la chambre de combustion (8). [5] Culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la hauteur maximale de la paroi de guidage (5) soit supérieure à la levée de la soupape d'admission commandant ledit orifice d'admission (2). [6] Culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 'D, caractérisée en ce que la chambre de combustion (8) est sensiblement en forme de dôme.