Brevet FR2778694A1 — publié le 19991119

B337,DOC I "Moteur à combustion interne à allumage commandé et à injection directe" L'invention se rapporte à un moteur à combustion interne à allumage commandé et à injection directe. L'invention se rapporte plus particulièrement à un moteur à combustion interne à allumage commandé et à injection directe, du type dans lequel un cylindre est délimité axialement vers le bas par une face supérieure d'un piston et axialement vers le haut par une face inférieure d'une culasse qui présente un pan d'admission et un pan d'échappement dans lesquels débouchent respectivement, chacun par l'intermédiaire d'une soupape correspondante, au moins un conduit d'admission et au moins un conduit d'échappement. Selon une conception classique dans les moteurs à combustion interne à allumage commandé, les deux pans d'admission et d'échappement sont configurés en toit de telle sorte que les deux pans sont inclinés de part et d'autre d'une arête sommitale qui s'étend perpendiculairement à l'axe du cylindre et qui délimite dans le cylindre un côté échappement et un côté admission. Cette configuration en toit permet notamment d'accroître la surface de la face inférieure de la culasse ce qui permet de faciliter l'implantation des soupapes d'admission, des soupapes d'échappement, de l'injecteur et de la bougie, notamment dans le cas d'un moteur comportant quatre soupapes par cylindre. Cependant, une telle configuration entraîne un accroissement de la superficie des parois qui délimitent le cylindre, notamment lorsque que la face supérieure du piston doit comporter une portion de chasse, complémentaire d'une partie au moins de la face inférieure de la culasse pour, lorsque le cylindre est au point mort haut, limiter le volume B337,DOC résiduel du cylindre et créer un effet de chasse par lequel les gaz, qui sont emprisonnés entre la portion de chasse et la face inférieure de la culasse, sont chassés transversalement vers le centre du cylindre. L'invention a donc pour but de proposer une nouvelle conception d'un moteur à combustion interne et à injection directe qui permette notamment de limiter, au niveau du cylindre, les surfaces d'échange de chaleur susceptibles de provoquer des pertes thermiques. io Dans ce but, I'invention propose un moteur du type décrit précédemment, caractérisé en ce qu'un premier pan est sensiblement perpendiculaire à l'axe du cylindre tandis que le second pan est incliné par rapport à l'axe du cylindre. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - la face supérieure du piston comporte une portion de chasse qui est agencée axialement en regard du premier pan et qui, lorsque le piston atteint un point mort haut, s'étend immédiatement à proximité du premier pan de manière à créer un effet de chasse par lequel des gaz comprimés entre le premier pan et la portion en regard du piston sont chassés transversalement vers le centre du cylindre; - face supérieure du piston comporte, axialement en regard du premier pan, un évidement concave; - le pan d'admission est sensiblement perpendiculaire à I'axe du cylindre; - le pan d'échappement est sensiblement perpendiculaire à l'axe du cylindre; - les deux pans sont décalés axialement l'un de l'autre - le conduit d'admission comporte des moyens pour créer dans le cylindre un mouvement tourbillonnaire dans lequel les gaz sont animés d'un mouvement de rotation autour d'un axe perpendiculaire à l'axe du cylindre B337.DOC - il comporte une bougie qui débouche sensiblement au centre de la face inférieure de la culasse; - I'axe de la bougie est incliné par rapport à l'axe du cylindre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels les figures 1 et 2 sont des vues schématiques en coupe axiale de deux modes de réalisation de l'invention. On a illustré sur les figures 1 et 2 un cylindre 10 d'un moteur à combustion interne à allumage commandé et à injection directe. Le cylindre 10, d'axe A1, est délimité dans un bloc-moteur 12 par une paroi cylindrique 14. Le cylindre 10 est délimité vers le haut par la face inférieure 16 d'une culasse 18 et, vers le bas, par la face supérieure 20 d'un piston 22 qui, de manière connue, est animé d'un mouvement alternatif de translation selon l'axe A1. Deux conduits d'admission d'air 24 sont aménagés dans la culasse 18 de manière à déboucher dans la face inférieure 16 de celle-ci. La communication entre les conduits d'admission 24 et le cylindre 10 est autorisée ou interrompue par des soupapes d'admission commandées 26. Dans les deux modes de réalisation illustrés aux figures 1 et 2, le cylindre 10 est muni d'au moins un conduit d'admission 24 qui comporte des moyens pour créer, au moins pour certaines phases de fonctionnement du moteur, un mouvement tourbillonnaire dit de "tumble" dans le cylindre 10. Ces moyens peuvent, comme dans l'exemple de la figure 1, être constitués simplement par la forme du conduit d'admission 24 mais, comme pour le mode de réalisation illustré à la figure 2, ils peuvent aussi être constitués par des moyens B337.DOC additionnels 25 interposés dans le conduit d'admission, mobiles ou fixes, et susceptibles de perturber l'écoulement de l'air dans le conduit 24 pour que, à l'intérieur du cylindre 10, soit créé un écoulement tourbillonnaire qui, dans un plan parallèle à l'axe du cylindre, tourne autour d'un axe perpendiculaire à l'axe A1 du cylindre, dans le sens horaire lorsque l'on regarde le cylindre 10 de telle sorte que les soupapes d'admission sont à la droite et les soupapes d'échappement à la gauche. Cet écoulement, compte tenu de io son sens de rotation, sera appelé "tumble inverse" dans la suite du texte. De la même manière, deux conduits d'échappement 28 débouchent dans le cylindre 10 par l'intermédiaire de soupapes d'échappement 30. S'agissant d'un moteur à allumage commandé, une bougie d'allumage 38 est vissée dans la culasse 16 de telle sorte que ses électrodes 40 débouchent dans le cylindre 10, sensiblement sur l'axe A1 de celui-ci. Par ailleurs, un injecteur 42 est implanté dans la culasse 18, entre les conduits d'admission 24 ou juste en dessous de ceux-ci, de manière qu'un nez 44 de l'injecteur 42 débouche dans le cylindre 10 pour pouvoir projeter directement à l'intérieur de celui-ci un jet de carburant. Selon une autre caractéristique des cylindres représentés aux figures 1 et 2, la face supérieure 20 du piston 22 comporte un évidement concave 46 qui permet de canaliser au mieux le mouvement tourbillonnaire de " tumble " des gaz contenus dans le cylindre, notamment lors du temps de compression lorsque le piston 22 remonte dans le cylindre 10 vers sa position de point mort haut. Compte tenu du sens de rotation du mouvement tourbillonnaire de "tumble inverse", cet évidement 46 est avantageusement décalé par rapport à l'axe B337.DOC A1 de manière à être agencé sensiblement en dessous des soupapes d'admission 26. Ainsi, le mouvement rotatif des gaz admis dans le cylindre tend à entraîner en direction de la bougie d'allumage 38 le carburant qui est injecté par l'injecteur 42 en direction de la paroi de fond 54 de l'évidement 46. Par ailleurs, on peut voir que la face supérieure 20 du piston 22 comporte, du côté échappement du cylindre, une portion de chasse 48 qui, lorsque le piston 22 est au point mort haut, s'étend à proximité immédiate de la face inférieure o0 16 de la culasse 18. La portion de chasse 48 permet d'une part de limiter le volume résiduel du cylindre, afin d'obtenir un taux de compression adéquat des gaz, et d'autre part de créer un effet de chasse par lequel les gaz emprisonnés entre la face inférieure 16 de la culasse 18 et la face supérieure 20 du piston 22 se trouvent chassés selon une direction perpendiculaire à l'axe A1, en direction de celui-ci. Selon l'invention, la face inférieure 16 de la culasse 18 présente deux pans 32, 34 sensiblement plans, les conduits d'admission 24 débouchant dans l'un 34 des pans tandis que les conduits d'échappement 28 débouchent dans l'autre 32 des pans. Dans le premier mode de réalisation de l'invention qui est illustré a la figure 1, le pan 34 dans lequel débouchent les conduits d'admission 24 est incliné tandis que le pan 32 dans lequel débouchent les conduits d'échappement 28 est sensiblement perpendiculaire à l'axe A1 du cylindre. Il en résulte donc que les soupapes d'échappement 30 coulissent selon un axe sensiblement parallèle à l'axe A1 du cylindre. Par ailleurs, dans ce premier mode de réalisation de lI'invention, les deux pans 32, 34 sont décalés axialement l'un par rapport à l'autre de manière qu'ils sont raccordés par un élément de surface 56 fortement incliné et tourné en direction B337.DOC du côté admission du cylindre. Dans cet exemple de réalisation, le pan 34 d'admission est décalé vers le haut par rapport au plan 32 d'échappement. Grâce à cette disposition, on peut voir que, lorsque le piston 22 est au point mort haut, son volume résiduel est divisé en deux parties dont une partie supérieure est délimitée par le pan 34 de la face inférieure 16 de la culasse 18, et dont une partie inférieure est délimitée par l'évidement 46 du piston 22. De la sorte, pour un volume résiduel de même dimension, il est possible de réduire le volume délimité par l'évidement 46, et donc la superficie de la partie de la face supérieure 20 du piston 22 qui délimite cet évidement 46. Bien entendu, la portion de chasse 48 de la face supérieure 20 du piston 22 est de forme complémentaire de celle du pan 32 dans lequel débouchent les conduits d'échappement 28, si bien que la portion de chasse 48 est sensiblement plane et perpendiculaire à l'axe A1 du cylindre. Sa superficie est donc minimale. Ainsi, la face supérieure 20 du piston 22 présente une forme relativement simple, donc facile à fabriquer, et elle présente une superficie aussi réduite que possible. On peut voir sur la figure 1 que, du fait du décalage axial des deux pans 32, 34, il est possible d'implanter la bougie 38 de telle sorte que ses électrodes 40 sont agencées au-dessus du plan du pan 32, c'est-à- dire que les électrodes ne sont pas situées directement sur la trajectoire des gaz qui sont chassés par l'arrivée au point mort haut du piston 22. Dans ce premier exemple de réalisation, la bougie est implantée verticalement selon l'axe A1 du cylindre. Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, on peut voir que le pan 34 dans lequel débouchent les conduits B337.DOC d'admission 24 est sensiblement perpendiculaire à l'axe A1 du cylindre tandis que le pan 32 d'échappement est incliné par rapport à cet axe. Les soupapes d'admission 26 sont donc agencées sensiblement parallèlement à l'axe A1 du cylindre. Contrairement au premier mode de réalisation illustré à la figure 1, les deux pans 32, 34 ne sont pas décalés axialement de sorte qu'ils se raccordent axialement au même niveau par une arête transversale commune. Dans ce mode de réalisation de l'invention, on peut voir o0 que la forme de l'évidement concave 46 est particulièrement simple du fait de la symétrie de la disposition de l'injecteur 42 et de la bougie 38 par rapport à l'orientation des soupapes d'admission 26. L'évidement 46 présente alors un rapport entre son volume et sa superficie qui est optimal, de telle sorte que pour un même volume, la superficie est minimale ce qui permet de réduire les échanges thermiques au cours de la combustion. Dans ce second exemple de réalisation de l'invention, on remarque que l'axe A2 de la bougie 38 est incliné par rapport à l'axe A1 du cylindre, en direction de l'axe des soupapes d'échappement 30. Ainsi, tout en conservant une bougie 38 dont les électrodes 40 sont sensiblement au centre du cylindre, on peut implanter le corps de la bougie de manière optimale en fonction des contraintes d'encombrement de la culasse 16. Par ailleurs, un autre avantage de l'invention, que l'on retrouve dans les deux modes de réalisation, réside dans le fait que l'invention permet de limiter la largeur de la culasse 18 du côté du pan qui est perpendiculaire à l'axe A1 du cylindre. Dans les deux modes de réalisation de l'invention qui viennent d'être décrits, les conduits d'admission comportent des moyens pour créer dans le cylindre une circulation des gaz B337.DOC selon un mouvement de "tumble inverse". Cependant, l'invention peut aussi être mise en oeuvre dans le cas d'un moteur dont les conduits d'admission génèrent tout autre type de mouvement de gaz. Dans le cas d'un moteur dans lequel les gaz sont animés d'un mouvement de type "tumble direct", c'est-à-dire de sens de rotation opposé, on aura avantage à implanter un évidement 46 en dessous des soupapes d'échappement 30 et non plus sous les soupapes d'admission 26. B337.DOC REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne à allumage commandé et à injection directe, du type dans lequel un cylindre (10) est délimité axialement vers le bas par une face supérieure (20) d'un piston (22) et axialement vers le haut par une face inférieure (16) d'une culasse (18) qui présente un pan d'admission (34) et un pan d'échappement (32) dans lesquels débouchent respectivement, chacun par l'intermédiaire d'une o10 soupape (26, 30) correspondante, au moins un conduit d'admission (24) et au moins un conduit d'échappement (28) caractérisé en ce qu'un premier pan est sensiblement perpendiculaire à l'axe (A1) du cylindre tandis que le second pan est incliné par rapport à l'axe (A1) du cylindre (10). 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face supérieure (20) du piston (22) comporte une portion de chasse (48) qui est agencée axialement en regard du premier pan et qui, lorsque le piston (22) atteint un point mort haut, s'étend immédiatement à proximité du premier pan de manière à créer un effet de chasse par lequel des gaz comprimés entre le premier pan et la portion en regard du piston sont chassés transversalement vers le centre du cylindre. 3. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face supérieure (20) du piston (22) comporte, axialement en regard du premier pan, un évidement concave (46). 4. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pan d'admission (34) est sensiblement perpendiculaire à l'axe (A1) du cylindre (10). B337.DOC 5. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le pan d'échappement (32) est sensiblement perpendiculaire à l'axe (A1) du cylindre (10). 6. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux pans (32, 34) sont décalés axialement l'un de l'autre. 7. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit d'admission (24) comporte des moyens pour créer dans le cylindre (10) un io mouvement tourbillonnaire dans lequel les gaz sont animés d'un mouvement de rotation autour d'un axe perpendiculaire à l'axe (A1) du cylindre. 8. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une bougie (38) qui débouche sensiblement au centre de la face inférieure (16) de la culasse (18). 9. Moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'axe (A2) de la bougie (38) est incliné par rapport à l'axe (A1) du cylindre (10).