Brevet FR2735181A1 — publié le 19961213

La présente invention concerne un moteur à combustion destiné notamment à équiper un véhicule automobile. L'invention concerne par exemple un moteur Diesel à allumage par compression. Selon une conception connue, un moteur à combustion comporte au moins un cylindre dans lequel se déplace un piston dont la face supérieure délimite, avec la face inférieure de la culasse du moteur, une chambre principale de combustion, et comporte une préchambre de combustion communiquant avec la chambre principale par un canal de transfert. Les moteurs Diesel à préchambre de combustion, par exemple à préchambre de type "RICARDO COMET", présentent des caractéristiques de fonctionnement avantageuses qui font qu'elles sont très largement utilisées pour la propulsion de véhicules de tourisme ou de véhicules utilitaires légers. Le début de la combustion du mélange air-carburant a lieu dans la préchambre de combustion, en présence d'une quantité d'air nettement plus faible que dans le cas d'un moteur à injection directe dans la chambre de combustion dans lequel tout l'air est disponible dès le début de la combustion. La présence d'une préchambre de combustion permet de réduire de manière très importante les émissions d'oxydes d'azote. Du fait de la quantité d'air réduite disponible dans la préchambre de combustion, on constate par contre la formation de grandes quantités de suies. Pour réduire les émissions de suies à l'échappement, il est indispensable de brûler le plus complètement possible ces suies en les mélangeant le plus rapidement possible avec l'air disponible dans la chambre de combustion principale du cylindre. Avec les différentes conceptions connues d'une préchambre de combustion, la post-oxydation rapide des suies est obtenue en transférant à grande vitesse les gaz partiellement brûlés depuis la préchambre vers le cylindre. Cette solution présente toutefois divers inconvénients. Des gaz très chargés en hydrocarbures imbrûlés risquent d'atteindre les parois du cylindre, ce qui, par un phénomène de blocage thermique local, accroît les émissions globales d'imbrûlés du moteur. Une partie des gaz très chargé, fuit à travers la segmentation du piston et provoque une dégradation des caractéristiques de l'huile de lubrification. Le fait d'accélérer la combustion "secondaire" dans le cylindre pour réduire les émissions de suies peut conduire à former dans le cylindre des quantités supplémentaires d'oxydes d'azote. L'invention a pour but de proposer une nouvelle conception d'un moteur à combustion interne qui permet, tout en conservant les avantages intrinsèques d'une combustion fractionnée en une combustion primaire" dans la préchambre et une combustion "secondaire" dans le cylindre, de réduire les inconvénients qui viennent d'être mentionnés. Dans ce but, l'invention propose un moteur du type décrit précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte une cavité qui communique avec la chambre principale de combustion par au moins un orifice et qui constitue une réserve d'air de combustion. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - la cavité est agencée dans la culasse - la cavité est agencée autour de la préchambre de combustion - la préchambre est délimitée par une partie usinée dans la face inférieure de la culasse et par une pièce rapportée sur la culasse qui comporte le canal de transfert, et la cavité est agencée sous forme annulaire à la périphérie de la pièce rapportée - la cavité est agencée dans le piston - la cavité est agencée de manière sensiblement diamétralement opposée à la préchambre de combustion - la cavité comporte une partie usinée dans la face inférieure de la culasse, ou dans la face supérieure du piston, et une plaque de fermeture comportant au moins un orifice qui débouche dans la chambre principale de combustion - la cavité est formée dans un élément rapporté - l'élément est rapporté dans un évidement formé dans la face inférieure de la culasse, ou dans la face supérieure du piston - la paroi externe de l'élément rapporté délimite avec la paroi interne de l'évidement un espace fermé qui isole thermiquement la cavité - la plaque de fermeture, ou l'élément rapporté, comporte un bord périphérique qui est monté serré, dans un lamage de la face inférieure de la culasse, par une portion en vis-à-vis de la face supérieure du bloc dans lequel est usiné le cylindre - le canal de transfert et l'orifice de la cavité débouchent dans la chambre principale de combustion sensiblement dans un plan axial médian du cylindre - le volume de la cavité est égal à au moins 5 % du volume total disponible pour les gaz de combustion lorsque le piston est au point mort haut - le volume de la cavité est compris entre 10% et 20 % du volume total. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels - La figure 1 est une vue schématique en coupe axiale des principaux composants d'un cylindre d'un moteur réalisé conformément aux enseignements de l'invention - la figure 2 est une vue similaire à celle de la figure 1 qui illustre une première variante de réalisation - la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 1 qui illustre une seconde variante de réalisation;; - la figure 4 est une vue de détail en section selon la ligne 4-4 de la figure 3 - les figures 5 à 7 sont des vues de détail qui illustrent des variantes de réalisation de l'agencement de la cavité illustré sur la figure 3 - la figure 8 est une vue similaire à celle de la figure 1 qui illustre une autre variante de réalisation dans laquelle la cavité est agencée dans le piston ; et - la figure 9 est une vue similaire à celle de la figure 8 qui illustre une variante de réalisation de la cavité. On a représenté sur la figure 1 une partie d'une culasse 10 dont la face inférieure 12 prend appui sur la face supérieure 14 d'un élément 16 appartenant au bloccylindres d'un moteur à combustion interne et dans lequel est alésé un cylindre 18 d'axe X-X. Un piston 20 est monté coulissant dans le cylindre 18 avec par exemple interposition d'au moins un segment d'étanchéité 22. Le piston 20 comporte une face supérieure 24 qui délimite avec la face inférieure 12 de la culasse 10 et avec la paroi du cylindre 18 une chambre principale de combustion 26. Selon une conception connue, le cylindre comporte une préchambre de combustion 28 dont une partie 30 est usinée dans la culasse 10 et dont l'autre partie 32 est usinée dans une pièce 34 rapportée dans la culasse 10. A cet effet, la pièce 34 comporte une collerette inférieure 36 dont le bord périphérique est reçu dans un lamage complémentaire 38 usiné dans la face inférieure 12 de la culasse. La collerette 36 est montée serrée axialement dans le lamage 38 par une collet en vis-à-vis 39 de la pièce 16. Selon une conception connue, le cylindre est équipé d'un injecteur de carburant 40 qui débouche dans la préchambre de combustion 28. La préchambre de combustion 28 est reliée à la chambre principale de combustion 26 par un canal de transfert incliné 42 qui débouche dans la chambre principale 26 en regard d'une portion évidée 44 de la face supérieure 24 du piston 20. L'injecteur 40, la préchambre et le canal de transfert 42 sont par exemple agencés dans le plan axial de la figure. Conformément aux enseignements de l'invention, le cylindre est équipé d'une cavité 46 constituant une réserve d'air pour améliorer la combustion "secondaire" dans la chambre principale 26. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, la cavité 46 est agencée dans la culasse 10 autour de la pièce rapportée 34. A cet effet, la culasse comporte un logement cylindrique 48 dont le diamètre est supérieur au diamètre extérieur du corps 49 de la pièce rapportée 34 pour délimiter une cavité annulaire cylindrique. La cavité 46 communique avec la chambre principale de combustion 26 par plusieurs orifices 50, deux dans le cas du mode de réalisation illustré sur la figure 1, qui sont ici situés dans le plan axial de la figure. Les orifices 50 débouchent dans la chambre 26 de part et d'autre du canal de transfert 42 de la préchambre de combustion 28 de type RICARDO COMET. Le piston 20 est illustré sur la figure 1 à son point mort haut. Le volume de la cavité 46 est de préférence au moins égal à 5 % du volume total des gaz disponibles pour la combustion lorsque le piston est au point mort haut, c'est-à-dire du volume constitué par la préchambre de combustion 28 par la cavité 46 et par la chambre principale de combustion 26. Les orifices 50 ont une section de passage sensiblement équivalente à un orifice de section circulaire ayant un diamètre de l'ordre de un à quelques millimètres pour une cylindrée unitaire de l'ordre de 0,5 litres. La combustion dans le cylindre décrit et représenté sur la figure 1 se produit de la manière suivante. Lors de la phase de compression, une partie des gaz frais présents dans le cylindre 18 est transférée, par les orifices 50, dans la réserve d'air constituée par la cavité 46. Lors de la phase de combustion-détente, l'air préalablement stocké dans la cavité 46 est transféré à vitesse élevée dans la chambre principale de combustion 26, par les orifices 50 dont la très faible section de passage permet d'obtenir cette très grande vitesse de transfert. L'insufflation d'air à vitesse élevée dans la chambre principale 26, dans les zones du cylindre les plus chargées en suies, permet d'accélérer de manière très efficace la combustion des suies et ainsi de réduire les émissions de fumées noires du moteur. L'insufflation d'air provenant de la cavité 46 permet aussi de brûler au moins une partie des suies et des hydrocarbures contenus dans les gaz avant qu'ils atteignent les parois du cylindre 18. Les émissions d'hydrocarbures imbrûlés, de suies, ainsi que la contamination de l'huile de lubrification du moteur sont réduites de manière importante. Dans la description qui va suivre, des composants identiques ou similaires sont désignés par les mêmes chiffres de référence sur toutes les figures. Dans la variante de réalisation illustrée sur la figure 2, la préchambre de combustion 28 est du type "MERCEDES" et son canal de transfert 42 débouche dans la chambre principale de combustion 26 par une série de cinq trous 52 autour desquels sont agencés les orifices 50 qui assurent la communication entre la réserve d'air 46 et la chambre principale de combustion 26. Dans la variante de réalisation illustrée aux figures 3 à 7, la cavité 46 est agencée dans la culasse 10 de manière diamétralement opposée à la préchambre de combustion 28. Dans l'exemple illustré sur la figure 3, la cavité 46 est réalisée dans une pièce rapportée 54 qui est disposée dans un logement 48 de la culasse. L'élément rapporté 54 présente une forme extérieure complémentaire de celle du logement 48 avec lequel elle délimite un espace 55 qui constitue une couche d'air d'isolation thermique entre la cavité 46 et la culasse 10 pour éviter un phénomène de réchauffement prématuré de l'air complémentaire stocké dans la cavité 46. L'élément rapporté 54 est fixé dans la culasse 10 comme la pièce 34 qui délimite la préchambre de combustion 28 par son bord périphérique 56 qui est reçu dans un lamage 58. L'agencement d'une lame d'air d'isolation thermique 55 autour de la cavité 46 permet de minimiser les échanges thermiques entre l'air contenu dans la réserve d'air et la culasse 10 de façon que cet air introduit chaud dans la réserve d'air conserve au mieux sa température pour pouvoir brûler plus facilement les suies lorsqu'il est réinjecté dans la chambre principale 26. Dans la variante de réalisation illustrée sur la figure 5 la réserve 46 est constituée par le logement 48 usiné directement dans la face inférieure 12 de la culasse et par une simple plaque de fermeture rapportée 54 dont le bord périphérique 56 est pincé entre la pièce 16 et la culasse 10. Les figures 6 et 7 sont des vues de détail de la partie droite de la figure 3 qui montrent que le bord périphérique 56 peut présenter un profil conique ou un profil en section de tors afin de faciliter le montage de l'élément rapporté 54 dans la culasse 10 et améliorer l'étanchéité entre ces deux éléments pour ménager l'espace étanche 55. Dans la variante de réalisation illustrée sur la figure 8, la cavité constituant la réserve d'air 46 est agencée dans le piston 20. A cet effet, comme dans le cas du mode de réalisation illustré sur la figure 3, un logement 48 est usiné dans la face supérieure 24 du piston 30 et la réserve 46 est formée dans un élément rapporté 50. La cavité 46 est ici aussi agencée de manière diamétralement oppose par rapport à la préchambre de combustion 28. Cette variante de réalisation est avantageuse en ce qu'elle ne nécessite pas de modifier la structure connue de la culasse 10 avec la préchambre de combustion 28, mais seulement la conception du piston 20. La figure 9 est une variante de réalisation de la figure 8 dans laquelle, comme dans le cas de la figure 5, la pièce rapportée 54 se réduit à une simple plaque de fermeture du logement 48 usiné dans la face supérieure 24 du piston 20, la fixation de la plaque 54 étant par exemple ici assurée au moyen de vis 60. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion comportant au moins un cylindre (18) dans lequel se déplace un piston (2C) dont la face supérieure (24) délimite, avec la face inférieure (12) de la culasse (10) du moteur, une chambre principale de combustion (26) , et comportant une préchambre de combustion (28' communiquant avec la chambre principale (26) par un canal de transfert (42) et dans laquelle (28) est agencé un injecteur de carburant (40), caractérisé en ce qu'il comporte une cavité (46) qui communique avec la chambre principale de combustion (26) par au mcins un orifice (50) et qui constitue une réserve d'air de combustion. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cavité (46) est agencée dans la culasse (10). 3. Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la cavité (46) est agencée autour de la préchambre de combustion (28, 34, 49) 4. Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la préchambre (28) est délimitée par une partie (30) usinée dans la face inférieure (12) de la culasse et par une pièce (34) rapportée sur la culasse (10) qui comporte le canal de transfert (42), et en ce que la cavité (46) est agencée sous forme annulaire à la périphérie de la pièce rapportée (34, 49) 5. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cavité (46) est agencée dans le piston (20) 6. Moteur selon l'une des revendications 2 ou 5, caractérisé en ce que la cavité (46) est agencée de manière sensiblement diamétralement opposée à la pyécham- bre de combustion (28) . 7. Moteur selon 1 'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cavité (46) comporte une partie (48) usinée dans la face inférieure (12) de la culasse (10), ou dans la face supérieure (24) du piston (20), et une plaque de fermeture comportant au moins un orifice (50) qui débouche dans la chambre principale de combustion (26). 8. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la cavité (46) est formée dans un élément rapporté (54). 9. Moteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément (54) est rapporté dans un évidement (48) formé dans la face inférieure (12) de la culasse (10), ou dans la face supérieure (24) du piston (20). 10. Moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que la paroi externe de l'élément rapporté (54) délimite avec la paroi interne de l'évidement (48) un espace fermé (55) qui isole thermiquement la cavité (46). 11. Moteur selon l'une quelconque des revendications 6 à 9 prises en combinaison avec l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la plaque de fermeture, ou l'élément rapporté, (54) comporte un bord périphérique (56) qui est monté serré, dans un lamage (58) de la face inférieure (12) de la culasse (10), par une portion en vis-à-vis (39) de la face supérieure (14) du bloc dans lequel est usiné l'alésage (18) du cylindre. 12. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le canal de transfert (42) et l'orifice (50) de la cavité (46) débouchent dans la chambre principale de combustion (26) sensiblement dans un plan axial médian du cylindre. 13. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volume de la cavité (46) est égal à au moins 5 % du volume total disponible pour les gaz de combustion lorsque le piston (20) est au point mort haut. 14. Moteur selon la revendication 12, caractérisé en ce que le volume de la cavité (46) est compris entre 10 et 20 % du volume total.