Brevet FR2818318A1 — publié le 20020621

"Piston comportant des rainures en vue de produire des turbulences dans les gaz d'admission" La présente invention concerne un piston pour un moteur à combustion interne à injection directe. La présente invention concerne plus particulièrement un piston pour un moteur à combustion interne à injection directe, du type qui coulisse axialement dans un cylindre du moteur en décrivant un mouvement de va-et-vient et qui comporte, dans sa face supérieure, une cavité délimitant la partie inférieure d'une chambre de combustion, qui est délimitée dans sa partie supérieure par la culasse du moteur, du type dans lequel la culasse comporte un circuit d'admission qui communique avec la chambre de combustion au travers d'au moins une soupape d'admission, un circuit d'échappement qui communique avec la chambre de combustion au travers d'au moins une soupape d'échappement, et un injecteur qui injecte le carburant directement vers l'intérieur de la chambre de combustion, et du type dans lequel le moteur comporte des moyens pour animer les gaz d'admission d'un mouvement tourbillonnaire. On cherche généralement à réduire la consommation des moteurs et à réduire l'émission de polluants tels que les particules. De telles améliorations peuvent être obtenues en agissant sur la qualité du mélange entre les gaz d'admission et le carburant, en particulier en réalisant un mélange sensiblement homogène dans lequel les gaz d'admission et le carburant sont répartis sensiblement uniformément. Dans le cas d'un moteur à injection directe, trois phénomènes principaux, qui se combinent, permettent d'obtenir un mélange sensiblement homogène : - la pulvérisation du carburant en fines gouttelettes ; - le mouvement tourbillonnaire du type swirl de de la charge de gaz d'admission autour d'un axe sensiblement confondu ou parallèle à l'axe du cylindre ; le mouvement d'air généré par l'injection de carburant ; - l'effet de chasse, dit squish , des gaz d'admission entre la face supérieure du piston et la culasse. En dehors de la pulvérisation qui émane des caractéristiques de l'injection, l'action du mouvement de swirl et l'action de l'effet de chasse ont lieu majoritairement contre la paroi de la partie inférieure de la chambre de combustion. Les conditions aérodynamiques ne permettent d'obtenir un mélange sensiblement homogène que pour les régimes intermédiaires de rotation du moteur, par exemple de l'ordre de 2000 à 2500 tours par minute. En deçà des régimes intermédiaires, la turbulence est trop faible dans le mouvement aérodynamique des gaz d'admission et il y a un risque d'impact d'un jet de carburant sur la paroi de la chambre de combustion, surtout si on utilise des pressions d'injection élevées. Il en résulte l'émission d'une quantité importante de particules dans les gaz d'échappement. Au delà des régimes intermédiaires, le mouvement aérodynamique de rotation des gaz d'admission est trop important et il y a un risque de recouvrement du ou des jets de carburant se traduisant aussi par l'émission de particules. En vue de résoudre ces problèmes, le document EP-A-0. 947.677 a proposé d'agencer sur la paroi de la chambre de combustion, dans la tête du piston, des nervures qui dévient les jets de carburant pour éviter qu'ils ne se recouvrent et pour améliorer la combustion du mélange. Cette solution n'est pas entièrement satisfaisante. De plus, elle est difficilement industrialisable et elle pose des problèmes de tenue thermomécanique en raison des fortes contraintes de températures auxquelles est soumise la chambre de combustion. L'invention vise à remédier à ces inconvénients. Dans ce but, l'invention propose un piston du type décrit précédemment, caractérisé en ce que la paroi de la cavité comporte au moins une zone provoquant une augmentation des turbulences dans le mouvement tourbillonnaire des gaz d'admission. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - la paroi de la cavité comporte au moins une zone en creux, en vue de créer des turbulences dans le mouvement tourbillonnaire des gaz d'admission ; - pour un piston du type dans lequel la cavité a sensiblement la forme d'un bol qui comporte une gorge annulaire périphérique et un bossage central, la paroi du bossage central comporte au moins une zone en creux ; - chaque zone en creux est une rainure, ou gorge ; - chacune rainure a une orientation sensiblement radiale par rapport à l'axe du piston ; - chaque zone en creux est réalisée par fraisage ; - le nombre de zones en creux est proportionnel au nombre de jets de carburant émis par l'injecteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante en référence aux figures annexées, dans lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale qui représente un cylindre comportant un piston conforme aux enseignements de l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective qui représente le piston de la figure 1 ; - la figure 3 est un schéma qui représente l'écoulement des gaz d'admission à proximité de la paroi de la cavité du piston de la figure 1. On a représenté schématiquement sur la figure 1 un cylindre 10 d'axe A-A d'un moteur à combustion interne à injection directe qui comporte un piston 12 réalisé conformément aux enseignements de l'invention. Le piston 12, qui est représenté en perspective sur la figure 2, coulisse axialement dans le cylindre 10 du moteur en décrivant un mouvement de va-et-vient. Le piston 12 comporte une tête 14 dans son tronçon supérieur et une jupe axiale 16 dans son tronçon inférieur. Le piston 12 est relié à une bielle 18 par une articulation 20. La paroi latérale 22 de la tête 14 comporte des gorges annulaires périphériques 24 qui reçoivent des segments 26. Le piston 12 comporte dans sa face supérieure 28 une cavité 30 qui délimite la partie inférieure d'une chambre de combustion 32, qui est délimitée dans sa partie supérieure par la culasse 34 du moteur. La cavité 32 a sensiblement la forme d'un bol qui comporte une gorge annulaire périphérique 36 et un bossage central 38 ici globalement en forme de calotte sphérique. L'invention s'applique aussi à des pistons 12 dans lesquels le bossage central 38 présente une forme différente d'une calotte sphérique, par exemple une forme conique. La culasse 34 comporte un circuit d'admission 40 qui communique avec la chambre de combustion 32 au travers d'une soupape d'admission 42, un circuit d'échappement 44 qui communique avec la chambre de combustion 32 au travers d'une soupape d'échappement 46, et un injecteur 48 qui injecte le carburant, sous la forme de jets de fines gouttelettes, directement vers l'intérieur de la chambre de combustion 32. Le cylindre 10 comporte des moyens connus pour animer les gaz d'admission d'un mouvement tourbillonnaire du type swirl à l'intérieur de la chambre de combustion 32, par exemple des conduits d'admission 40 équipés de déflecteurs (non représentés). Conformément aux enseignements de l'invention, la paroi 50 de la cavité 30 comporte des zones 52 qui provoquent une augmentation de la turbulence au passage des gaz d'admission. Avantageusement, ces zones 52 sont en creux et elles créent des turbulences dans le mouvement tourbillonnaire des gaz d'admission. Selon des variantes de réalisation (non représentées), les zones 52 peuvent être constituées de surfaces rugueuses. Les zones en creux 52 sont ici des rainures, ou gorges, d'orientation radiale par rapport à l'axe A-A, qui sont réalisées par exemple par fraisage dans la calotte sphérique 38. Selon une variante de réalisation de l'invention (non représentée) de l'invention, les zones en creux 52 sont des cavités sensiblement hémisphériques qui sont réalisées dans la paroi 50, par exemple dans la calotte sphérique 38, de manière à présenter un aspect de surface proche de celui d'une balle de golf. On a représenté sur la figure 3 l'effet d'une rainure 52 sur l'écoulement des gaz d'admission le long de la paroi 50 de la cavité 30. L'écoulement des gaz d'admission est symbolisé par des flèches. On remarque que les gaz d'admissions ont, avant leur passage au-dessus de la rainure 52, une trajectoire sensiblement parallèle à la paroi 50 de la cavité 30. Après le passage de la rainure 52, l'écoulement des gaz d'admission est perturbé ce qui facilite la mixtion des gouttelettes de carburant avec les gaz d'admission. Avantageusement, le nombre de rainures 52 est proportionnel au nombre de jets de carburant émis par l'injecteur 48. Comme on peut le voir sur la figure 2, la calotte sphérique 38 comporte ici cinq rainures 52 radiales qui sont par exemple agencées respectivement en vis-à-vis de cinq jets de carburant (non représentés) émis par l'injecteur 48. L'agencement des rainures 52 dans la calotte sphérique 38, c'est à dire dans la partie centrale de la cavité 30, permet une bonne tenue thermomécanique car la partie centrale de la cavité 30 est celle qui subit le moins de contraintes thermomécaniques. On diminue ainsi les risques d'apparition de fissures dans la tête 14 du piston 12. L'emplacement et les dimensions des rainures 52 sont choisis notamment en fonction des caractéristiques des jets de carburant, par exemple en fonction de leur orientation, de manière à produire des turbulences dans le mouvement aérodynamique des gaz d'admission qui soient propices à un mélange homogène des gaz d'admission avec le carburant. La solution proposée par la présente invention est facilement industrialisable puisque les rainures 52 peuvent être réalisées par fraisage. REVENDICATIONS 1. Piston (12) pour un moteur à combustion interne à injection directe, du type qui coulisse axialement dans un cylindre (10) du moteur en décrivant un mouvement de va-et-vient et qui comporte, dans sa face supérieure (28), une cavité (30) délimitant la partie inférieure d'une chambre de combustion (32), qui est délimitée dans sa partie supérieure par la culasse (34) du moteur, du type dans lequel la culasse (34) comporte un circuit d'admission (40) qui communique avec la chambre de combustion (32) au travers d'au moins une soupape d'admission (42), un circuit d'échappement (44) qui communique avec la chambre de combustion (32) au travers d'au moins une soupape d'échappement (46), et un injecteur (48) qui injecte le carburant directement vers l'intérieur de la chambre de combustion (32), et du type dans lequel le moteur comporte des moyens pour animer les gaz d'admission d'un mouvement tourbillonnaire, caractérisé en ce que la paroi (50) de la cavité (30) comporte au moins une zone (52) provoquant une augmentation des turbulences dans le mouvement tourbillonnaire des gaz d'admission. 2. Piston (12) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la paroi (50) de la cavité (30) comporte au moins une zone (52) en creux, en vue de créer des turbulences dans le mouvement tourbillonnaire des gaz d'admission. 3. Piston (12) selon la revendication précédente, du type dans lequel la cavité (30) a sensiblement la forme d'un bol qui comporte une gorge annulaire périphérique (36) et un bossage central (38), caractérisé en ce que la paroi (50) du bossage central (38) comporte au moins une zone (52) en creux. 4. Piston (12) selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque zone (52) en creux est une rainure, ou gorge. 5. Piston (12) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chacune rainure (52) a une orientation sensiblement radiale par rapport à l'axe (A-A) du piston (12). 6. Piston (12) selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que chaque zone (52) en creux est réalisée par fraisage. 7. Piston (12) selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le nombre de zones (52) en creux est proportionnel au nombre de jets de carburant émis par l'injecteur (48).