Brevet FR2785333A1 — publié le 20000505

L'invention concerne un moteur à combustion interne, notamment moteur à allumage par étincelle (cycle Otto) avec formation extérieure du mélange, qui comporte au moins un piston disposé dans un alésage de cylindre et possédant un fond pourvu d'au moins une partie en forme d'auge ou d'au moins un renfoncement, et qui possède, pour chaque alésage de cylindre, au moins une bougie d'allumage et deux canaux d'admission, qui sont disposés d'une manière au moins approximativement symétrique par rapport à un axe de symétrie qui passe au moins approximativement par le centre de l'alésage du cylindre et est au moins approximativement perpendiculaire à cet alésage. D'après le document allemand DT 26 07 561 Al, on connaît un moteur à combustion interne du type indiqué, dans lequel des cavités en forme d'auges sont formées dans le fond du piston afin de réduire l'éjection d'hydrocar- bures. D'autres moteurs à combustion interne, dans lesquels le fond du piston comporte des cavités en forme d'auges et des renfoncements, sont en outre connus d'après le document allemand DE 196 245 227 Ai, le document allemand DE 29 34 615 A1 et le brevet US 3 797 466. D'une manière générale, dans des moteurs à combustion interne, on utilise des pistons, dont le fond comporte des ouvertures en forme d'auges ou des renfoncements, afin d'obtenir dans les chambres de combustion des effets techniques d'écoulement et des écoulements tourbillonnaires de différents types, qui sont censés conduire à un meilleur mélange ainsi qu'à une homogénéisation du mélange carburant-air et de ce fait à nouveau à une combustion qui d'une manière générale est plus avantageuse. En principe il faut distinguer deux types différents d'écoulements: l'écoulement dit tourbillonnant est un déplacement tourbillonnaire du mélange carburant-air autour de l'axe longitudinal du cylindre du moteur à combustion interne. L'écoulement désordonné est au contraire un déplacement tourbillonnaire autour d'un axe parallèle à un axe transversal du cylindre. Le r81e des cavités en forme d'auges indiquées plus haut est l'amplifi- cation du degré de tourbillonnement à l'intérieur du cylindre ou bien la déviation de tels écoulements. Un inconvénient dans les formes de réalisation connues de cavités en forme d'auges dans le fond du piston de moteurs à combustion interne se situe encore, en dépit des efforts entrepris pour obtenir des effets techniques d'écoulement, dans un mélange toujours relativement mauvais et par conséquent dans une stratification du mélange carburant-air dans la chambre de combustion et par conséquent dans l'accroissement, qui y est associé, de la tendance au cognement. C'est pourquoi la présente invention a pour but de réaliser un moteur à combustion interne avec formation extérieure du mélange, dans lequel le fond du piston soit agencé de telle sorte que l'écoulement désordonné autour d'un axe transversal soit dévié ou influencé de telle sorte que ceci permette d'obtenir une bonne action de mélange du carburant et de l'air, empêche une stratification indésirable du mélange carburant-air dans le cylindre et permette d'obtenir par conséquent une réduction de la tendance au cognement. Ce problème est résolu conformément à l'invention dans un moteur à combustion interne du type indiqué plus haut grâce au fait que dans le fond du piston est disposé un renfoncement au moins approximativement en forme de croissant, qui est au moins approximativement symétrique par rapport à l'axe de symétrie. Grâce à la disposition selon l'invention du renfoncement en forme de croissant dans le fond du piston, le mélange carburant-air peut être dévié par l'écoulement aléatoire pendant le processus de compression, d'une manière plus ciblée en direction de la bougie d'allumage, ce qui conduit à un meilleur mélange et à une meilleure homogénéisation du mélange carburant-air et à une réduction, qui y est liée, de la tendance au cognement et à une réduction de la distance moyenne entre la bougie d'allumage et le mélange carburant-air dans la chambre de combustion. Le mélange du carburant à l'air nécessaire pour la combustion est réalisé à l'extérieur du cylindre, ce qu'on appelle une formation extérieure du mélange, comme par exemple par injection dans un tube d'aspiration. Grâce à l'aménagement conforme à l'invention du renfoncement en forme de croissant dans le fond du piston, on peut en outre réaliser d'une manière plus compacte la chambre de combustion en fonction de la position et du nombre des bougies d'allumage, ce qui conduit à un rapport plus faible de la surface au volume de la chambre de combustion, c'est-à-dire à une excentricité plus faible, ainsi qu'à une distance plus petite entre la paroi du cylindre et la bougie d'allumage, ce qui conduit à une chambre de combustion plus compacte et moins sujette au cognement. De ce fait ceci permet d'accroître la puissance nominale pour une même cylindrée du moteur à combustion interne et de réduire la consommation sous charge partielle. Selon un développement de l'invention, la ou les bougies d'allumage sont situées au moins approximativement sur l'axe de symétrie. Selon un autre développement de l'invention, dans l'alésage du cylindre sont disposées deux bougies d'allumage, qui sont disposées au moins approximativement symétriquement par rapport à l'axe de symétrie. Selon un autre développement de l'invention, le rayon d'un cercle extérieur qui est au moins approximativement concentrique à l'alésage du cylindre du renfoncement en forme de croissant dans le fond du piston est égal à la moitié du diamètre de l'alésage du cylindre, déduction faite d'une valeur égale au moins approximativement à 0,05 fois le diamètre du cylindre. Selon un autre développement de l'invention, l'angle d'une partie oblique de la paroi du renfoncement en forme de croissant par rapport au fond du piston est compris approximativement entre 10 et 150. Selon un autre développement de l'invention, la profondeur du renfoncement en forme de croissant du piston est égale approximativement à 0,05 fois le diamètre de l'alésage du cylindre. Selon un autre développement de l'invention, un rayon de jonction, qui est prévu entre le fond du piston et le renfoncement en forme de croissant du piston le long d'un arc de rayon intérieur, est égal approximativement à 0,06 fois le diamètre. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 montre une représentation en perspective d'un piston d'un moteur à combustion interne, dans lequel un renfoncement est aménagé conformément à l'invention dans le fond du piston; - la figure 2 représente une coupe prise suivant la ligne II-II sur la figure 4; - la figure 3 représente le piston de la figure 1 comportant trois soupapes et deux alésages prévus pour des bougies d'allumage, selon une vue en plan; - la figure 4 représente le piston de la figure 3 comportant quatre soupapes et un alésage pour une bougie d'allumage, selon une vue en plan; et - la figure 5 représente une coupe de la chambre de combustion du moteur à combustion interne, prise suivant la ligne V-V sur la figure 3. Sur la figure 1 on a représenté un piston d'un moteur à allumage par étincelle (cycle Otto) avec formation extérieure du mélange, non représenté dans sa totalité, et un renfoncement 3 en forme de croissant ou de rein aménagé dans le fond 2 du piston 1, selon une représentation en perspective. Le piston 1 exécute un déplacement de translation dans un alésage 4, représenté sur les figures 3 et 4, du cylindre du moteur à allumage par étincelle, mouvement qui est converti de façon connue en un déplacement circulaire par l'intermédiaire d'une bielle non représentée et d'un vilebrequin non représenté. Sur la figure 2 on a représenté une coupe du piston 1 et du renfoncement en forme de croissant 3 disposé dans le fond 2 du piston 1. D'autre part on a marqué les dimensions géométriques sur l'axe z du renfoncement en forme de croissant 3. L'angle a qu'une partie inclinée de paroi 5 s'étendant le long d'un cercle extérieur de rayon Rl, visible sur les figures 3 et 4, du renfoncement en forme de croissant 3 forme par rapport au fond 2 du piston 1 est compris entre environ 10 et 150. La profondeur t du renfoncement en forme de croissant 3 est égale approximativement à 0,05 fois un diamètre D du cylindre. Un rayon de jonction r est prévu entre le renfoncement en forme de croissant 3 et le fond 2 du piston 1, le long d'un cercle intérieur de rayon R2 visible sur les figures 3 et 4, le rayon de jonction r étant égal approximativement à 0,06 fois le diamètre D du cylindre. La figure 3 représente une vue en plan du fond 2 du piston 1 du moteur à combustion interne. On a indiqué deux ouvertures d'admission 6 et une ouverture d'échappe- ment 7, sans représenter les soupapes qui y sont associées. En outre sur la figure 3 on a représenté, par des lignes formées de tirets, deux bougies d'allumage 8 qui sont situées dans le carter du moteur à combustion interne (non représenté). D'autre part on a représenté le renfoncement en forme de croissant 3 formé dans le fond 2 du piston 1. Les positions des deux bougies d'allumage 8, des deux ouvertures d'admission 6, de l'ouverture d'échappement 7 et du renfoncement en forme de croissant 3 dans le fond 2 du piston 1, dans une vue en plan, sont approximativement symétriques par rapport à un axe de symétrie 9 du piston 1, qui est perpendiculaire à l'alésage 4 du cylindre. Les deux ouvertures d'admission 6 sont disposées chacune dans un quart d'une moitié de l'alésage 4 du cylindre. L'ouverture d'admission 7 est disposée d'une manière centrée sur l'axe de symétrie 9 dans l'autre moitié de l'alésage 4 du cylindre. Les bougies d'allumage 8 sont situées sur une droite 11, qui est parallèle à un axe transversal 10 qui est perpendiculaire à l'axe de symétrie 9, dans le même plan, sur le côté de l'ouverture d'échappement 7, qui est tourné vers les ouvertures d'admission 6, entre les ouvertures d'admission 6 et les ouvertures d'échappement 7. Le rayon Ri d'un cercle extérieur, qui s'étend concentriquement à l'alésage 4 du cylindre, du renfoncement en forme de croissant 3 est égal approximativement à 0,5 fois le diamètre D du cylindre, moins la valeur correspondant à environ 0,05 fois le diamètre D du cylindre, le centre 12 du cercle correspondant au centre de l'alésage 4 du cylindre. Le rayon R2 d'un cercle intérieur du renfoncement en forme de croissant 3 est obtenu à partir de la plus longue des deux distances entre l'alésage 4 du cylindre et l'axe transversal 10, déduction faite d'une valeur égale approximativement à 0, 1 fois le diamètre D du cylindre, à partir du point 13 qui est situé au niveau de l'intersection entre l'alésage 4 du cylindre et l'axe de symétrie 9 dans la moitié dans laquelle sont disposées les ouvertures d'admission 6. Sur la figure 4 on a représenté le même fond 2 du même piston 1 que sur la figure 3, mais ici il est prévu deux ouvertures d'échappement 7 et une seule bougie d'allumage 8 au-dessus du piston 1. La position des ouvertures d'admission 6 correspond à la position des ouvertures d'admission de la figure 3. Les ouvertures d'admission 7 sont disposées chacune dans un quart de l'autre moitié de l'alésage 4 du cylindre. La bougie d'allumage est située au point d'intersection 14 d'une droite 15 parallèle à l'axe transversal 10 et de l'axe de symétrie 9, la droite 15 étant située dans la moitié de l'alésage 4 du cylindre, dans laquelle sont disposées les ouvertures d'échappement 7. La figure 5 représente une coupe selon une vue en perspective, prise suivant la ligne de coupe V-V d'une chambre de combustion 16 qui est située au-dessus du piston 1. Par ailleurs on peut voir l'une des deux ouvertures d'admission 6 ainsi que la moitié de l'ouverture d'échappe- ment 7. En outre, sur la figure 5, on reconnaît la déviation produite par le renfoncement en forme de croissant 3 d'un écoulement turbulent typique pour des moteurs à combustion interne comportant deux ouvertures d'admission 6 et à formation extérieure du mélange, autour d'un axe transversal 17 de l'alésage du cylindre, et un écoulement dit désordonné 18 qui est produit par les deux ouvertures d'admission 6. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne, notamment moteur à allumage par étincelle (cycle Otto) avec formation extérieure du mélange, qui comporte au moins un piston disposé dans un alésage de cylindre et possédant un fond pourvu d'au moins une partie en forme d'auge ou d'un renfoncement, et qui possède, pour chaque alésage de cylindre, au moins une bougie d'allumage et deux canaux d'admission, qui sont disposés d'une manière au moins approximativement symétrique par rapport à un axe de symétrie qui passe au moins approximativement par le centre de l'alésage du cylindre et est au moins approxima-tivement perpendiculaire à cet alésage, caractérisé en ce que dans le fond (2) du piston (1) est disposé un renfoncement (3) au moins approximativement en forme de crois-sant, qui est au moins approximativement symétrique par rapport à l'axe de symétrie (9). 2. Moteur à combustion interne selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que la ou les bougies d'allumage (8) sont situées au moins approximativement sur l'axe de symétrie (9). 3. Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans l'alésage (4) du cylindre sont disposées deux bougies d'allumage (8), qui sont disposées au moins approximativement symétriquement par rapport à l'axe de symétrie (9). 4. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le rayon (Rl) d'un cercle extérieur, qui est au moins approximativement concentrique à l'alésage (4) du cylindre, du renfoncement en forme de croissant (3) dans le fond (2) du piston (1) est égal à la moitié du diamètre (D) de l'alésage (4) du cylindre, déduction faite d'une valeur égale au moins approximativement à 0,05 fois le diamètre (D) du cylindre. -. 5. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'angle (o) d'une partie oblique de la paroi du renfoncement en forme de croissant (3) par rapport au fond (2) du piston (1) est compris approximativement entre 10 et 15 degrés. 6. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la profondeur (t) du renfoncement en forme de croissant (3) du piston (1) est égale approximativement à 0,05 fois la diamètre (D) de l'alésage (4) du cylindre. 7. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un rayon de jonction (r), qui est prévu entre le fond (2) du piston et le renfoncement en forme de croissant (3) du piston (1) le long d'un arc de rayon intérieur (R2), est égal approximativement à 0,06 fois le diamètre (D).