Brevet FR2812030A1 — publié le 20020125

L'invention concerne un moteur à combustion interne à injection directe d'essence. Par le DE 197 16 642 C2, on connaît un moteur à plusieurs cylindres à cycle de Otto, c'est-à-dire à allumage commandé, présentant deux soupapes d'admission et de deux soupapes d'échappement et pour lequel une bougie d'allumage est disposée de façon à peu près excentrée. L'injecteur débouche dans la chambre de combustion, de façon décalée par rapport à l'axe du cylindre, entre une soupape d'admission et la soupape d'échappement opposée. Un état de la technique analogue est décrit également par le DE 197 20 490 Al. De tels moteurs à combustion interne fonctionnent le plus souvent avec ce qu'on appelle un procédé de combustion guidé par jet, pour lequel l'injecteur répartit le carburant dans la direction de la bougie d'allumage. Dans ces moteurs à combustion interne connus, est cependant désavantageux le fait que, pour les soupapes d'échange des gaz et, ainsi, pour l'écoulement d'admission et d'échappement et d'admission des gaz dans et hors de la chambre de combustion, de par le principe, on ne dispose que d'une surface relativement faible, ce qui mène à des inconvénients notables au niveau du changement de charges et, ainsi, ne permet d'avoir que des valeurs de couple et de puissance relativement faibles. C'est pourquoi le but de la présente invention est de créer un moteur à combustion interne à injection directe d'essence pour lequel on puisse obtenir des valeurs élevées pour le couple et la puissance et pour lequel, simultanément, il soit possible d'avoir un procédé de combustion guidé par jet. Selon l'invention ce problème est résolu par un moteur à combustion interne, équipé d'une injection directe d'essence, présentant les caractéristiques suivantes: 1.1 un carter de vilebrequin ayant en son sein au moins un alésage de cylindre, 1.2 au moins un piston, effectuant un déplacement oscillant dans ledit au moins un alésage de cylindre, 1.3 au moins une culasse, ayant en son sein au moins une chambre de combustion, associée audit au moins un alésage de cylindre, 1.4 un total de cinq soupapes de changement des gaz, ayant des canaux d'admission et d'échappement afférents et disposés dans ladite au moins une culasse, 1.5 dans une zone se trouvant au centre de la chambre de combustion, entre les soupapes de changement des gaz, sont disposés une bougie d'allumage et un injecteur, les deux étant orientés vers la chambre de combustion. Les cinq soupapes de changement des gaz, qui sont prévues selon l'invention, peuvent avantageusement occuper une surface relativement grande si l'on se réfère à l'aire totale de la section transversale de l'alésage de cylindre afférent, de sorte qu'on peut avoir des avantages importants pour ce qui concerne le changement de charge, par rapport à des solutions connues, faisant qu'on obtient des couples et des puissances nettement augmentées pour le moteur à combustion interne. Du fait de l'agencement à disposition sur un cercle des cinq soupapes de changement des gaz, on obtient dans la zone du centre de la chambre de combustion suffisamment d'espace pour loger la bougie d'allumage et l'injecteur. Pour créer l'espace de construction nécessaire pour cela, pouvoir avoir un agencement centré de la bougie d'allumage et de l'injecteur avec un nombre plus faible de soupapes de changement de gaz ne peut être obtenu que par le biais de la limitation de l'aire totale de la section transversale des soupapes de changement des gaz. Du fait de la proximité immédiate de la bougie d'allumage et de l'injecteur entre eux, il est possible que le fonctionnement du moteur à combustion interne fasse appel à un procédé de combustion guidé par jet, ce qui permet une construction plus simple du moteur à combustion interne, en particulier pour ce qui concerne la géométrie de la chambre de combustion et la forme du piston. Evidemment, avec la construction décrite, d'autres variantes également sont possibles pour le fonctionnement du moteur à combustion interne. On obtient globalement ainsi un moteur à combustion interne à injection directe d'essence qui constitue un très bon compromis, par rapport à la combinaison de capacité de puissance et de simplicité de la construction. Si, selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, la bougie d'allumage et l'injecteur sont tournés d'un angle déterminé par rapport à un axe longitudinal de la culasse, alors, d'une part, l'accessibilité à la bougie d'allumage et à l'injecteur est améliorée et, d'autre part, on obtient des avantages concernant la plus grande simplicité du logement de l'arbre à came nécessaire pour commander les soupapes de changement des gaz. L'une ou plusieurs des dispositions suivantes sont en outre de préférence adoptées: - la bougie d'allumage et l'injecteur sont tournés d'un angle déterminé par rapport à un axe longitudinal de la culasse. - la bougie d'allumage et l'injecteur sont orientés l'un vers l'autre; le rapport entre la surface totale des soupapes de changement des gaz et la surface de l'alésage de cylindre est dans une plage de 0,45 à 0,7: 1. - le rapport entre la surface totale des soupapes de changement des gaz et la surface de l'alésage de cylindre est dans une plage de 0,50 à 0,65: 1. - sont prévues trois soupapes d'admission, ayant trois canaux d'admission afférents, et deux soupapes d'échappement, ayant deux canaux d'échappement afférents. - deux des canaux d'admission sont regroupés à proximité immédiate des soupapes d'admission afférentes, pour former un canal commun. - la culasse présente un système de refroidissement dont le fluide de refroidissement s'écoule sensiblement perpendiculairement par rapport à l'axe longitudinal de la culasse. D'autres modes de réalisation et perfectionnements avantageux de l'invention résultent de l'exemple de réalisation décrit ci-après dans son principe à l'aide du dessin. Dans le dessin: la figure 1 est une vue en élévation fortement schématisée d'un moteur à combustion interne muni d'un alésage de cylindre et d'un piston s'y trouvant; la figure 2 est une vue de dessus de parties de la culasse du moteur à combustion interne selon l'invention; la figure 3 est une vue en élévation du toit de la chambre de combustion en observant depuis l'alésage de cylindre du moteur à combustion interne selon l'invention; la figure 4 est une vue en élévation de plusieurs chambres de combustion du moteur à combustion interne selon l'invention; la figure 5 est une vue en élévation selon une flèche V de la figure 4; et la figure 6 est une coupe suivant la ligne VI-VI de la figure 1. La figure 1 représente de façon fortement schématisée un moteur à combustion interne 1 ayant une culasse 2 et un carter de vilebrequin 3. Le carter de vilebrequin 3 présente un alésage de cylindre 4 avec un piston 5 qui s'y trouve et qui effectue un déplacement oscillant. Le présent carter de vilebrequin 3 est muni d'une pluralité d'alésages de cylindre 4 dont cependant un seul est représenté. La culasse 2 présente une chambre de combustion 6 au- dessus du piston 5. On peut voir sur la figure 2 un total de cinq soupapes de changement des gaz 7, 8, 9, 10 et 11 associées à l'une des chambres de combustion 6 du moteur à combustion interne 1, ces soupapes étant montées de façon non représentée, cependant connue en soi, dans la culasse 2. Il s'agit ici de trois soupapes d'admission 7, 8, 9 sur un côté de la chambre de combustion, ainsi que de deux soupapes d'échappement 10 et 11 sur l'autre côté. Les soupapes d'admission 7, 8 et 9 sont commandées par un arbre à came d'admission 12 alors que, par contre, les soupapes d'admission 10, 11 sont commandées par un arbre à came d'échappement 13. Dans une zone 14, se trouvant au centre de la chambre de combustion 6, entre les soupapes d'admission 7, 8 et 9, sur un côté, et des soupapes d'échappement 10 et 11, de l'autre côté, sont disposées des bougies d'allumage et un injecteur 16, et ces éléments étant dirigés sur la chambre de combustion 6. En plus la bougie d'allumage 15 et l'injecteur 16 sont orientés l'un vers l'autre. Grâce à cette proximité spatiale de la bougie d'allumage 15 et de l'injecteur 16, on peut avoir avec des moyens très simples ce que l'on appelle un processus guidé par jet lors de l'injection d'essence dans la chambre de combustion 6. Dans un tel procédé de combustion guidé par jet, le carburant injecté au moyen de l'injecteur 16 vient toucher la flamme de la bougie d'allumage 15 et est ainsi allumé. Du fait que le procédé de combustion guidé par jet est déjà connu en soi, il ne va pas être décrit en détail ci-après. Il en va de même pour les avantages résultant de ce procédé. Evidemment grâce à l'agencement décrit, adopté pour les soupapes de changement des gaz 7, 8, 9, 10 et 11, ainsi que la bougie d'allumage 15 et l'injecteur 16, il est également possible d'avoir d'autres procédés de combustion. Le rapport entre la surface totale des cinq soupapes de changement des gaz 7, 8, 9, 10 et 11 et la surface de l'alésage de cylindre 4 est situé dans une plage de 0,45 à 0,7: 1 en particulier dans une plage de 0,50 à 0,65: 1. Les rapports décrits permettent d'avoir des valeurs particulièrement avantageuses pour le couple et la puissance du moteur à combustion interne 1. Pour calculer les surfaces respectives, on utilise alors, d'une part, le diamètre de l'alésage de cylindre 4 et, d'autre part, le diamètre maximal des différentes soupapes de changement des gaz 7, 8, 9, 10 et 11, donc la section transversale qui n'est pas libérée par celle-ci. Dans l'illustration de la figure 3, les rapports entre les surfaces, entre les soupapes de changement des gaz 7, 8, 9, 10 et 11 et la surface de l'alésage de culasse 4, sont encore nettement visibles sachant qu'ici ne sont représentés que les sièges de soupapes 7a, 8a, 9a, 10a et lia appartenant aux soupapes de changement des gaz 7, 8, 9, 10 et 11. De même, ne sont représentés de la bougie d'allumage 15 et de l'injecteur 16 que les alésages 15a et 16a afférents. On voit alors que les perçages 15a et 16a certes sont très près l'un de l'autre mais qu'aucun des perçages 15a ou 16a ne se trouve précisément au centre de la chambre de combustion 6. Ainsi qu'on le voit en outre sur la figure 3, des canaux d'admission 17, 18 et 19 sont associés respectivement aux soupapes d'admission 7, 8 et 9. Il en va de même également pour les soupapes d'échappement 10 et 11 auxquelles sont associés les canaux d'échappement 20 et 21. Deux des canaux d'admission, précisément les canaux d'admission 17 et 18, sont regroupés en un canal unique dans une zone directement raccordée aux soupapes d'admission 7 et 8 afférentes. Il est de cette manière possible, soit par une sollicitation des canaux 19 et 20 par l'ensemble des canaux d'admission 17, 18 et 19, soit par une sollicitation unique du canal d'admission 19 exclusivement par le canal d'admission 19, ou bien par une sollicitation unique du canal 22 par les deux canaux 17 et 18, d'introduire conjointement du gaz dans la chambre de combustion 6. Selon l'écoulement généré à l'intérieur de la chambre de combustion 6, l'une des trois possibilités peut s'avérer avantageuse, sachant que, grâce aux deux dernières possibilités citées, on produit chaque fois dans la chambre de combustion 6 un écoulement marqué par une rotation. Sur la figure 4 sont visibles encore les canaux d'admission 17, 18 et 19 ainsi que les canaux d'échappement 20 et 21 et le regroupement des canaux d'admission 17 et 18 en un seul canal 22. Il ressort en outre que la bougie d'allumage 15 et l'injecteur 16 sont disposés de façon décalée d'un angle a par rapport à un axe longitudinal 23 de la culasse 2, sachant que, dans le présent cas, a est d'environ 15 à 200. De ce fait, d'une part, on obtient une meilleure possibilité de montage des bougies d'allumage 15 et des injecteurs 16, en particulier eu égard à un éventuel entravement mutuel entre l'injecteur 16 d'un alésage de cylindre 4 avec la bougie 15 de l'alésage de cylindre suivant, lors du montage et du démontage de ces éléments. D'autre part, la valeur de l'angle a est choisie de manière que les deux arbres à came 12 et 13, qui ne sont pas représentés sur cette figure, aient toujours de façon simple de la place et puissent être bien montés. L'angle a est également l'angle de la figure 3 que forme l'axe longitudinal 23 avec la ligne de liaison entre les alésages 15a et 16a concernant la bougie d'allumage 15 et l'injecteur 16. La figure 5 représente encore une vue destinée à illustrer la position mutuelle de la bougie d'allumage 15 et de l'injecteur 16, sachant qu'on voit très bien ici comment ces deux éléments sont orientés l'un vers l'autre, ce pourquoi ceux-ci sont disposés sous une inclinaison par rapport à l'axe longitudinal de cylindre. On a représenté, dans la coupe de la culasse 2 de la figure 6, un système de refroidissement 24, dont le fluide de refroidissement s'écoule sensiblement perpendiculairement à l'axe longitudinal 23 de la culasse 2, tel qu'indiqué par les flèches. Malgré le nombre relativement élevé de soupapes de changement des gaz 7, 8, 9, 10 et 11 qui sont au nombre de cinq, dans la présente construction il est possible de faire passer le fluide de refroidissement entre les soupapes et, également, entre la bougie d'allumage 15 et l'injecteur 16, ce qui permet d'avoir un très bon refroidissement de la chambre de combustion 6. Afin que l'écoulement transversal dans la culasse, tel qu'indiqué par des flèches, entre les soupapes de changement des gaz 17 à 21 soit possible et d'obtenir, en outre, une construction de la culasse qui présente de la rigidité, le puits à bougies d'allumage 15a est lié d'un seul tenant ou moulé sur les parois des canaux de changement des gaz 11, 21 et5 le puits d'injecteur 16a est lié d'un seul tenant ou moulé sur les parois d'au moins un canal de changement des gaz 17, 18 ou 20. 2812030 REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne, équipé d'une injection directe d'essence, présentant les caractéristiques suivantes: 1.1 un carter de vilebrequin (3) ayant en son sein au moins un alésage de cylindre (4), 1.2 au moins un piston (3), effectuant un déplacement oscillant dans ledit au moins un alésage de cylindre (4), 1.3 au moins une culasse (2), ayant en son sein au moins une chambre de combustion (6), associée audit au moins un alésage de cylindre (4), 1.4 un total de cinq soupapes de changement des gaz (7, 8, 9, 10, 11), ayant des canaux d'admission (17, 18, 19) et d'échappement (20, 21) afférents et disposés dans ladite au moins une culasse (2), 1.5 dans une zone (14) se trouvant au centre de la chambre de combustion (6), entre les soupapes de changement des gaz (7, 8, 9), sont disposés une bougie d'allumage (15) et un injecteur (16), les deux étant orientés vers la chambre de combustion (6). 2. Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bougie d'allumage (15) et l'injecteur (16) sont tournés d'un angle (x) déterminé par rapport un axe longitudinal (23) de la culasse (2). 3. Moteur à combustion interne selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la bougie d'allumage (15) et l'injecteur (16) sont orientés l'un vers l'autre. 4. Moteur à combustion interne selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le rapport entre la surface totale des soupapes de changement des gaz (7, 8, 9, 10, 11) et la surface de l'alésage de cylindre (4) est dans une plage de 0,45 à 0,7: 1. 5. Moteur à combustion interne selon la revendication 4, caractérisé en ce que le rapport entre la surface totale des soupapes de changement des gaz (7, 8, 9, 10, 11) et la surface de l'alésage de cylindre (4) est dans une plage de 0,50 à 0,65: 1. 6. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que sont prévues trois soupapes d'admission (7, 8, 9), ayant trois canaux d'admission (17, 18, 19) afférents, et deux soupapes d'échappement (10, 11), ayant deux canaux d'échappement (20, 21) afférents. 7. Moteur à combustion interne selon la revendication 6, caractérisé en ce que deux des canaux d'admission (17, 18) sont regroupés à proximité immédiate des soupapes d'admission (7, 8) afférentes, pour former un canal commun (22). 8. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la culasse (2) présente un système de refroidissement (24) dont le fluide de refroidissement s'écoule sensiblement perpendiculairement par rapport à l'axe longitudinal (23) de la culasse (2).