Brevet FR2831604A1 — publié le 20030502

"Moteur thermique à bougies périphériques" L'invention concerne un moteur thermique de véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement un moteur thermique à allumage commandé de véhicule automobile, du type qui comporte au moins un cylindre à l'intérieur duquel est monté coulissant un piston et qui forme chambre de compression, du type qui comporte une culasse dont une chambre de combustion d'orientation sensiblement axiale coiffe la chambre de compression, et du type dans lequel la culasse comporte au moins deux conduits internes d'admission et deux conduits internes d'échappement qui débouchent dans la chambre de combustion de la culasse par l'intermédiaire de soupapes et de sièges associés. On connaît de nombreux exemples de moteurs thermiques de ce type. La limitation des performances et du rendement d'un tel moteur est notamment relative à la présence du phénomène de cliquetis qui est à la fois désagréable d'un point de vue auditif et destructeur pour la chambre de combustion. De manière connue, on a remarqué qu'il était possible de remédier à l'apparition de ce phénomène en augmentant la vitesse de propagation du front de flamme dans le mélange introduit dans la chambre de combustion Les culasses de type "multisoupapes", comportant une bougie centrale d'allumage, deux soupapes d'alimentation et deux soupapes d'échappement sont connues de l'état de la technique, et permettent de remédier en partie à ce phénomène. Toutefois, elles ne remédient qu'imparfaitement à ce phénomène, puisqu'elles ne permettent que d'effectuer un meilleur remplissage du cylindre, sans agir directement sur la qualité de propagation du front de flamme. On a proposé des culasses comportant deux bougies d'allumage par cylindre, mais leur disposition axisymétrique ne permet pas d'obtenir un départ de front de flamme uniforme. En effet, dans une telle culasse, le départ du front de flamme est essentiellement localisé à proximité des deux bougies d'allumage et, en début de combustion, le front de flamme se propage globalement de l'axe du cylindre vers ses parois. Or, on a constaté que le phénomène de cliquetis se produit toujours à proximité des parois du cylindre. Une disposition de culasse comportant deux bougies d'allumage est donc inadaptée à l'obtention d'un départ régulier du front de flamme. Pour remédier au phénomène de cliquetis, l'invention propose donc une culasse munie de bougies réparties z sensiblement de manière uniforme, de manière à provoquer l'apparition d'un front de flamme globalement homogène. Dans ce but, l'invention propose un moteur du type décrit précédemment, caractérisé en ce que la culasse comporte au moins un perçage central axial et quatre perçages périphériques déportés par rapport à la direction axiale qui débouchent dans la chambre de combustion, qui sont destinés à recevoir autant de bougies d'allumage destinées à permettre le développement d'autant de fronts de flamme du mélange carburé qui est susceptible d'être introduit dans la chambre de compression. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - chaque perçage périphérique débouche dans la chambre de combustion entre deux soupapes voisines, - les axes des perçages périphériques sont inclinés d'un angle déterminé par rapport la direction axiale, - les axes des perçages périphériques sont orientés parallèlement à la direction axiale, - la culasse comporte un perçage, agencé à proximité du perçage central, qui est destiné à recevoir un injecteur de carburant à haute pression, - au moins un des conduits d'admission comporte des moyens de génération d'écoulement tourbillonnaire, - les moyens de génération d'écoulement tourbillonnaire comportent au moins une lame, qui est agencée longitudinalement dans le conduit d'admission correspondant, et qui est montée sur un axe transversal pivotant traversant le conduit qui est lié à un levier mu par un actionneur monté à l'extérieur de la culasse, - le moteur comporte deux conduits d'admission externes, qui sont agencés en regard des conduits d'admission internes, et qui comportent chacun un perçage destiné à recevoir un injecteur de carburant à basse pression, - la chambre de combustion est réalisée sous la forme d'un insert qui est pris dans le matériau de la culasse lors de sa coulée et qui comporte le perçage central, les perçages périphériques, le perçage de l'injecteur de carburant à haute pression, et les quatre sièges des soupapes, - la chambre de combustion comporte deux inserts opposés transversalement, qui sont pris dans le matériau de la culasse lors de sa coulée, et qui comportent chacun deux sièges de soupapes d'admission/d'échappement et le perçage de la bougie d'allumage périphérique associée auxdites soupapes d'admission/d'échapppement, - la tête du piston comporte, en regard de chaque perçage périphérique, une cavité sensiblement en forme de goutte d'eau, qui est orientée radialement, qui se rétrécit vers l'axe du piston, et qui est destinée à favoriser le développement du front de flamme de mélange carburé provoqué par chaque bougie périphérique lors de son allumage. 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 : - la figure 1 est une vue de dessus d'une culasse et des conduits d'admission et d'échappement externes pour un moteur réalisé conformément à l'invention ; - la figure 2 est une vue de détail en perspective illustrant la position relative des bougies, des soupapes et de l'injecteur de carburant à haute pression par rapport au piston ; - la figure 3 est une vue de dessus de la tête du piston de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue en perspective de dessous d'un premier mode de réalisation d'un insert formant la chambre de combustion du moteur selon l'invention ; - la figure 5 est une vue en perspective de dessous d'une chambre de combustion de la culasse associée au premier mode de réalisation de l'insert ; - la figure 6 est une vue de dessous d'un second mode de réalisation d'un insert mis en oeuvre dans la réalisation de la chambre de combustion du moteur selon l'invention ; et - la figure 7 est une vue de dessous d'une chambre de combustion de la culasse associée au second mode de réalisation de l'insert. Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des éléments identiques. On a représenté à la figure 1 un agencement 10 pour une culasse 12 de moteur thermique à allumage commandé de véhicule automobile. A l'intérieur de la culasse 12 représentée de manière schématique par les traits pointillés de la figure 1, on a notamment représenté en traits pleins les principaux volumes des cavités de ! a culasse 12 qui participent à la combustion du mélange carburé. A l'extérieur de la culasse 12, on a représenté deux conduits extérieurs d'admission 14 et un collecteur d'échappement 16. De manière connue, le moteur thermique associé à cet agencement comporte au moins un cylindre (non représenté) à l'intérieur duquel est monté coulissant un piston et qui forme une chambre de compression. La culasse 12 comporte une chambre 18 de combustion d'orientation sensiblement axiale A qui coiffe la chambre de compression du moteur, et qui comporte au moins deux conduits internes d'admission 20 et deux conduits internes d'échappement 22 qui débouchent dans la chambre 18 de combustion de la culasse par l'intermédiaire de soupapes d'admission et d'échappement dont on aperçoit les queues 24,26 et de sièges (non représentés) associés. Conformément à l'invention, la culasse 12 comporte au moins un perçage central axial et quatre perçages périphériques déportés par rapport à la direction axiale A qui débouchent dans la chambre 18 de combustion, qui sont destinés à recevoir autant de bougies d'allumage respectives centrale 28 et périphériques 30 qui sont destinées à permettre le développement d'autant de fronts de flamme du mélange carburé qui est susceptible d'être introduit dans la chambre de compression. Le détail du positionnement des perçages a notamment été représenté aux figures 5 et 7. En particulier, chaque perçage périphérique 32 débouche dans la chambre de combustion entre deux sièges 34 soupapes voisines. De la sorte, comme l'illustre la figure 2, chaque bougie périphérique 30 est disposée entre deux soupapes 36 d'admission et/ou 38 d'échappement voisines, et les bougies périphériques 30 sont réparties uniformément sur la périphérie de la chambre de combustion, au dessus de la périphérie de la tête 40 du piston associé 42. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, les axes B, C, D, E des perçages périphériques 32, qui coïncident avec les axes de bougies périphériques 30 sont inclinés d'un angle a déterminé par rapport à la direction axiale A de la chambre de combustion. Cette configuration est adaptée à l'implantation des bougies 30 dans une chambre de combustion hémisphérique qui est connue de l'état de la technique pour présenter les meilleurs rendements de combustion. Toutefois, en variante (non représentée), les axes B, C, D, E des perçages périphériques 32, et donc des bougies périphériques 30, pourraient être orientés parallèlement à la direction axiale A. Cette configuration permet de réduire considérablement l'encombrement radial présenté par les bougies périphériques 30. Par ailleurs, comme l'illustrent les figures 4,5, et 7, un perçage central 44 est associé à la bougie centrale 28. Ce perçage 44 est idéalement centré et coaxial à l'axe A de la chambre de combustion. Toutefois, dans le mode de réalisation préféré de l'invention, il peut, pour des raisons d'encombrement qui seront détaillées ultérieurement, être légèrement excentré et incliné d'une angle ss, représenté à la figure 2, par rapport à l'axe A de la chambre 18 de combustion. En effet, comme l'illustrent les figures 4,5, et 7, dans le mode de réalisation préféré de l'invention qui concerne un moteur à injection dite"directe", la culasse 12 comporte un perçage 46, agencé à proximité du perçage central 44, qui est destiné à recevoir un injecteur 48 de carburant à haute pression. Un tel injecteur 48 de carburant a été représenté aux figures 1 et 2. Avantageusement, le moteur peut comporter de surcroît, en complément du système d'injection directe, un système d'injection conventionnel. A cet effet, les deux conduits d'admission 14 externes, qui sont agencés en regard des conduits d'admission 20 internes, et comportent chacun un perçage 50 destiné à recevoir un injecteur de carburant à basse pression (non représenté). Plus particulièrement, chaque perçage 50 est formé à l'extrémité d'un manchon 52 tubulaire, qui est venu de matière avec le conduit 14 d'admission externe associé, et qui débouche dans le conduit 14 en convergeant vers le conduit d'admission interne 20. Le mélange carburé qui est introduit par l'intermédiaire des injecteurs à basse pression peut avantageusement être brassé de manière à suivre un écoulement tourbillonnaire afin de favoriser une combustion homogène. A cet effet, dans le mode de réalisation préféré de l'invention, au moins un des conduits internes 20 d'admission comporte des moyens de génération d'écoulement tourbillonnaire. Cette disposition n'est pas limitative de l'invention, et ces des moyens de génération d'écoulement tourbillonnaire pourraient être agencés dans au moins un des conduits d'admission 14 externes. A cet effet, les moyens de génération d'écoulement tourbillonnaire comportent au moins une lame 54, qui est agencée longitudinalement dans le conduit d'admission 20 interne correspondant, et qui est montée sur un axe transversal 56 pivotant traversant le conduit qui est lié à un levier 58 mu par un actionneur 60 monté à l'extérieur de la culasse 12. L'actionneur 60 comporte par exemple un moteur 62 qui actionne en rotation une came 64 dont un pion excentré 66 peut solliciter le levier 58. Par ailleurs, le mélange carburé peut être concentré dans la chambre de combustion au niveau de chaque bougie périphérique 30. A cet effet, la tête 40 du piston 42 qui a été représentée aux figures 2 et 3, comporte, en regard de chaque perçage périphérique, et donc de chaque bougie périphérique 30, une cavité 68 sensiblement en forme de goutte d'eau, qui est orientée radialement, qui se rétrécit vers l'axe A du piston 42, et qui est destinée à favoriser le développement du front de flamme de mélange carburé provoqué par chaque bougie périphérique 30 lors de son allumage. De manière connue, la tête 40 du piston 42 comporte aussi des méplats 70 agencés en regard de chaque soupape 36,38 pour permettre une remontée maximale du piston 42 visant à obtenir un taux de compression maximal. Par ailleurs, selon un premier mode de réalisation de l'invention qui a été représenté aux figures 4 et 5, la chambre 18 de combustion est réalisée sous la forme d'un insert 72 qui est pris dans le matériau de la culasse 12 lors de sa coulée et qui comporte le perçage central 44, les perçages périphériques 32, le perçage 46 de l'injecteur de carburant à haute pression, et les quatre sièges 34 des soupapes 36,38. Selon un second mode de réalisation en variante de l'invention qui a été représenté aux figures 6 et 7, la chambre de combustion comporte deux inserts 74,76 opposés transversalement, qui sont pris dans le matériau de la culasse 12 lors de sa coulée, et qui comportent chacun deux sièges 34 de soupapes d'admission/d'échappement 36,38 et le perçage 32 de la bougie 30 d'allumage périphérique associée auxdites soupapes d'admission/d'échapppement 36,38. L'invention propose donc un moteur permettant une inflammation optimale du mélange carburé, ce qui est gage de puissance de consommations réduites. REVENDICATIONS 1. Moteur thermique à allumage commandé de véhicule automobile, du type qui comporte au moins un cylindre à l'intérieur duquel est monté coulissant un piston (42) et qui forme chambre de compression, du type qui comporte une culasse (12) dont une chambre (18) de combustion d'orientation sensiblement axiale coiffe la chambre de compression, et du type dans lequel la culasse (12) comporte au moins deux conduits internes (20) d'admission et deux conduits internes (22) d'échappement qui débouchent dans la chambre (18) de combustion de la culasse (12) par l'intermédiaire de soupapes (38,38) et de sièges (34) associés, caractérisé en ce que la culasse (12) comporte au moins un perçage (44) central axial et quatre perçages (32) périphériques déportés par rapport à la direction axiale (A) qui débouchent dans la chambre (18) de combustion, qui sont destinés à recevoir autant de bougies d'allumage (28,30) destinées à permettre le développement d'autant de fronts de flamme du mélange carburé qui est susceptible d'être introduit dans la chambre de compression. 2. Moteur thermique de véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque perçage (32) périphérique débouche dans la chambre de combustion (18) entre deux soupapes (36,38) voisines 3. Moteur thermique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les axes (B, C, D, E) des perçages (32) périphériques sont inclinés d'un angle (a) déterminé par rapport à la direction axiale (A). 4. Moteur thermique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les axes (B, C, D, E) des perçages périphériques sont orientés parallèlement à la direction axiale (A). 5. Moteur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la culasse (12) comporte un perçage (46), agencé à proximité du perçage (44) central, qui est destiné à recevoir un injecteur (48) de carburant à haute pression. 6. Moteur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que au moins un des conduits d'admission (14,20) comporte des moyens de génération d'écoulement tourbillonnaire. 7. Moteur thermique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de génération d'écoulement tourbillonnaire comportent au moins une lame (54), qui est agencée longitudinalement dans le conduit (20) d'admission correspondant, et qui est montée sur un axe (56) transversal pivotant traversant le conduit (20) qui est lié à un levier (58) mu par un actionneur (60) monté à l'extérieur de la culasse (12). 8. Moteur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte deux conduits (14) d'admission externes, qui sont agencés en regard des conduits (20) d'admission internes, et qui comportent chacun un perçage (50) destiné à recevoir un injecteur de carburant à basse pression. 9. Moteur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre (18) de combustion est réalisée sous la forme d'un insert (72) qui est pris dans le matériau de la culasse (12) lors de sa coulée et qui comporte le perçage central (44), les perçages périphériques (32), le perçage (46) de l'injecteur de carburant à haute pression, et les quatre sièges (34) des soupapes (36,38). 10. Moteur thermique selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que la chambre (18) de combustion comporte deux inserts (74,76) opposés transversalement, qui sont pris dans le matériau de la culasse (12) lors de sa coulée, et qui comportent chacun deux sièges (34) de soupapes d'admission/d'échappement et le perçage (32) de la bougie d'allumage (30) périphérique associée auxdites soupapes d'admission/d'échapppement. 11. Moteur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tête (40) du piston (42) comporte, en regard de chaque perçage (32) périphérique, une cavité (68) sensiblement en forme de goutte d'eau, qui est orientée radialement, qui se rétrécit vers l'axe (A) du piston (42), et qui est destinée à favoriser le développement du front de flamme de mélange carburé provoqué par chaque bougie périphérique (30) lors de son allumage.