Brevet FR2834001A1 — publié le 20030627

Piston pour moteur à combustion interne et moteur associé. La présente invention concerne un piston pour moteur à combustion interne, et plus particulièrement un piston pour moteur à allumage par compression. Un moteur à combustion interne comprend généralement un carter dans lequel est formé au moins un cylindre, une culasse fermant une extrémité supérieure du cylindre, et un piston destiné à coulisser avec un mouvement alternatif entre deux positions extrêmes dans le cylindre. La culasse comprend des moyens d'admission de gaz et d'injection de carburant entre le piston et la culasse. La culasse comprend également des moyens de refoulement du mélange du carburant et des gaz d'admission, après combustion du carburant. Le piston comprend sur une face supérieure orientée vers la culasse une cavité formant une paroi d'une chambre de combustion. On cherche généralement à réduire la consommation en carburant du moteur, et à limiter l'émission de polluants tels que des hydrocarbures imbrûlés. Pour ce faire, on peut améliorer la combustion du carburant en agissant sur la qualité du mélange entre le carburant et les gaz d'admission. En créant entre autre, un mélange le plus homogène possible. Trois phénomènes principaux participent à la formation du mélange carburant/gaz d'admission. L'injection du carburant, permet de pulvériser le carburant en fines gouttelettes dans les gaz d'admission. Plus les gouttelettes sont fines, plus on peut obtenir un mélange homogène dans lequel une grande partie du carburant est directement en contact avec les gaz d'admission. L'interaction entre le jet de carburant, le mouvement des gaz d'admission favorise également le mélange. L'interaction de ces deux mouvement peut permettre d'éviter qu'une grande quantité de carburant soit projeté contre la surface du piston, ce qui provoque une mauvaise combustion du mélange et des émission d'hydrocarbure imbrûlés. Un effet de chasse provoque également des mouvements d'air favorisant le mélange. Le mouvement de chasse est un mouvement d'air entrant ou sortant de la cavité formée sur la face supérieure du piston, lorsque le piston est proche de sa position extrême supérieure, appelée point mort haut, et vient à proximité de la culasse de sorte que le volume de la chambre de combustion est réduit. Ainsi, afin d'améliorer le mélange du carburant et des gaz d'admission, on peut provoquer un mouvement aérodynamique ordonné de type tumble , des gaz d'admission autour d'un axe sensiblement perpendiculaire à l'axe du cylindre. Ce mouvement est provoqué par les moyens d'admission de la culasse. Le mouvement aérodynamique comprend une composante principale circulaire avec un axe de rotation sensiblement perpendiculaire à l'axe du piston. Le mouvement tourbillonnaire est entretenu lors de chaque cycle du moteur, de sorte que le mouvement tourbillonnaire est permanent. Le mouvement dit de (tumble direct est caractérisé par le fait que le sens de rotation du mouvement aérodynamique tend à diriger le flux vers l'injecteur placé dans l'axe de la chambre de combustion. L'invention propose un piston pour moteur à combustion interne permettant d'améliorer l'homogénéisation d'un mélange de gaz et de carburant. Ce but est atteint par un piston pour moteur à combustion interne à allumage par compression, le piston étant destiné à coulisser avec un mouvement alternatif dans un alésage d'un cylindre, du type comprenant une face supérieure pourvue d'une cavité apte à coopérer à la formation d'une chambre de combustion, caractérisé par le fait que la cavité est formée en regard de la zone d'échappement et que la face supérieure du piston comprend en outre un bossage situé en regards de la zone d'admission. L'invention propose également une chambre de combustion pour moteur à allumage par compression comprenant le piston selon l'invention. La présente invention et ses avantages seront mieux compris à l'étude de la description détaillée de modes de réalisation pris à titre d'exemples non-limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : - ta figure 1 représente une vue en coupe du cylindre d'un moteur, comprenant un piston selon un aspect de l'invention ; -la figure 2 représente une vue de dessus du piston selon un aspect de l'invention. Sur la figure 1, un carter de moteur 1 comprend un cylindre 2 pourvu d'un alésage 3 et fermé à une extrémité supérieure par une culasse 4. Un piston 5 coulisse dans l'alésage 3 du cylindre 2, en formant entre la surface supérieure 6 du piston et la culasse 4, une chambre 7. De façon connue en soit, la culasse 4 est dite en toit, c-est-à-dire que la partie supérieure de la chambre 7 délimitée par la culasse 4 est formée de deux plans sécants selon un angle déterminé. La culasse 4 comprend des moyens d'admission de gaz d'admission formés par une conduite 8 débouchant dans la chambre 7 par deux ouvertures 9 formées dans un premier plan PI. Chaque ouverture comprend une soupape de commande 10 apte à être actionnée entre une position fermée d'obturation de l'ouverture 9 et une position ouverte d'admission des gaz. La soupape 10 comprend une tige de commande 11 et une tête d'obturation 12 de forme tronconique, dont la surface périphérique inclinée vient en contact avec une surface correspondante de l'ouverture 9 formant siège de soupape pour fermer l'ouverture 9. La conduite 8 d'admission comprend des moyens (non représentés) permettant de générer un mouvement aérodynamique dit de tumble direct lors de la phase d'admission. Ces moyens sont connus en soi et comprennent par exemple un boisseau ou un clapet. Le mouvement de tumble peut également être généré de façon connue par une géométrie particulière de la conduite d'admission. La culasse 4 comprend des moyens de refoulement formés par une conduite d'échappement 13 débouchant dans la chambre 7 par deux ouvertures 14 formée dans le deuxième plan P2. Chaque ouverture 14 est apte à être fermée par une soupape de commande 15 comprenant une tige d'actionnement 16 et une tête d'obturation 17. La culasse 4 comprend également un moyen d'injection de carburant formé par un injecteur 18 placé verticalement et sensiblement au centre de la chambre 7. L'injecteur reçoit à une entrée extérieure le carburant et possède à une extrémité en saillie dans la chambre 7 une tête d'injection 19 apte à pulvériser le carburant sous forme de fines gouttelettes dans la chambre 7 au moment approprié. Lors de la rotation du vilebrequin du moteur, le piston 5 se déplace entre une position de point mort bas éloignée de la culasse 4, et une position de point mort haut proche de la culasse 4. Le piston 5 comprend une tête 20 dont la surface supérieure 6 forme une paroi de la chambre 7, et une jupe 21 améliorant le guidage du piston en translation dans le cylindre 2. La surface 6 du piston 5 comprend une cavité 26 formée en vis-à-vis de la zone d'échappement de la chambre 7 de combustion. La forme de la cavité 26 est choisie de façon à entretenir le mouvement de tumble direct généré lors de l'admission d'air frais dans la chambre 7 de combustion. La cavité 26 est, par exemple, de forme demi-sphérique et occupe sensiblement la moitié de la surface du piston 5. La portion de la surface du piston 5 qui n'est pas occupée par la cavité est formée par un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe du cylindre 1. La surface 6 du piston comprend également un bossage 27 en vis-àvis dans la zone d'admission. Ce bossage 27 a pour fonction de créer une zone de chasse en regard du toit de culasse. La surface 29 du bossage 27 située en regard des soupapes d'admission 12 est sensiblement parallèle au premier plan P1 de la culasse 4. La zone de liaison 28 entre la cavité 26 et le bossage 27 est réalisée de manière continue de façon à ne pas perturber le mouvement de tumble direct . De cette façon le flux d'air frais s'enroule le long de la paroi de la cavité 26 jusqu'au sommet du bossage 27. L'injecteur 18 utilisé est soit à trou soit à nappe conique creuse. La figure 2 représente schématiquement un exemple de réalisation dans lequel l'injecteur est un injecteur à 5 trous. Les traits pointillés représentent l'axe des cinq jets 30 de carburant. Quelle que soit la technologie employée, l'injecteur doit être conformé pour injecter le carburant uniquement du côté des soupapes d'échappement 17, c'est-à-dire vers la cavité 26. Cette zone de la chambre 7 de combustion est chaude du fait que les soupapes d'échappement sont en contact avec les gaz brûlés. Cette chaleur participe à l'évaporation ou l'atomisation des gouttelettes de carburants injectées et donc à l'homogénéisation de la charge carburée. L'angle de nappe ou l'angle du ou des jets de carburants par rapport à l'axe du cylindre est compris entre deux valeurs 81 et 82 déterminées pour que la totalité du carburant soit injecté dans la cavité 26 lorsque le piston passe du point mort haut à la mi-course. A titre indicatif 81 peut être défini par la relation suivante : uans laquelle : AI correspond diamètre en millimètre de l'alésage du cylindre x est une valeur en millimètre de l'ordre de 3mm Co est la valeur est millimètre de la course du piston. 82 est par exemple de l'ordre de 30 et est lié à la technologie de l'injecteur. Ainsi, notamment lors du fonctionnement du moteur à charge partielle, le carburant peut être injecté lors de la phase d'admission et lors de la phase de compression sans risquer de mouiller les parois du cylindre. Le moment ou l'angle vilebrequin à partir duquel l'injection doit être coupée en phase d'admission dépend de la valeur de l'angle de nappe ou de l'angle du jet ou des jets. L'injection peut ensuite reprendre entre cet angle et le Point Mort Haut en phase de compression. Selon l'invention, la forme de la culasse 4 toit permet au mouvement aérodynamique de tumble direct généré lors de l'admission de se développer et de persister jusqu'à ce que le piston atteigne le point mort haut. Ce mouvement de tumble direct aliment en air frais la cavité 26 dans laquelle le carburant est injecté ce qui conjugué à la chaleur régnant dans cette zone favorise l'homogénéisation de la charge carburée. Lors de la combustion, le mouvement de tumble direct expulse également les gaz en combustion et les suies issues de la combustion vers la zone de chasse située entre le bossage 27 et les soupapes 12 d'admission. Cette zone est soumise à des phénomènes de turbulence importants au voisinage du point mort haut qui vont activer la combustion. Durant la phase de descente du piston 5, un phénomène de chasse inverse se produit et aspire les gaz brûlés et les suies sous les soupapes d'admission 12. Cette zone comprend des zones riches en oxygène ce qui provoque un post-oxydation des suies, d'où une diminution des émissions de fumées. Ainsi, le piston selon l'invention associé à une culasse en toit permet d'une par de favoriser l'homogénéisation de la charge carburée et une meilleure oxydation et donc une diminution des suies. De plus l'utilisation d'un injecteur assurant l'injection dans la cavité du piston permet dans injection précoce de carburant dans la chambre ce qui participe également à homogénéiser la charge carburée. REVENDICATIONS 1. Piston (5) pour moteur à combustion interne à allumage par compression, le piston étant destiné à coulisser avec un mouvement alternatif dans un alésage (3) d'un cylindre (2), du type comprenant une face supérieure (27) pourvue d'une cavité (26) apte à coopérer à la formation d'une chambre de combustion, caractérisé par le fait que la cavité (26) est formée en regard de la zone d'échappement et que la face supérieure du piston comprend en outre un bossage (27) situé en regards de la zone d'admission. 2. Piston selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la cavité (26) est de forme demi-sphérique et occupe sensiblement la moitié de la surface supérieure du piston (5) située en regard des soupapes d'échappement (17). 3. Piston selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le bossage (27) comprend une surface (29) sensiblement parallèle à la surface de la culasse (4) dans laquelle débouche les orifices d'admission. 4. Piston selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la zone (28) de liaison entre la cavité (26) et le bossage (27) est réalisée de manière continue. 5. Chambre de combustion d'un moteur à combustion à allumage par compression délimitée d'une part par une culasse (4), comprenant des moyens d'admission (8,10) et de refoulement (13,15) des gaz dans une chambre (7) limitée par la culasse (4) et d'autre part par un piston (5) destiné à coulisser avec un mouvement alternatif dans le cylindre (2), les moyens d'admission (8,10) étant aptes à provoquer un mouvement aérodynamique ordonnée de tumble des gaz lors de l'admission desdits gaz dans la chambre (7), caractérisé par le fait que le piston (5) est conforme à l'une quelconque des revendications précédentes. 6. Chambre de combustion selon la revendication 5, caractérisée par le fait que la culasse est en forme de toit. 7. chambre de combustion selon la revendication 5 ou 6 caractérisée part le fait que la culasse (4) comprend un injecteur placé au centre de la chambre de combustion et apte à généré un ou plusieurs jets (30) de carburant selon un angle déterminé de sorte que le carburant injecté en phase d'admission soit injecté dans la cavité 26.