Brevet FR2834003A1 — publié le 20030627

Moteur multicylindre à allumage par compression, notamment de type Diesel à injection directe, à pistons présentant un fond de bol spécialement profilé L'invention concerne un moteur multicylindre à allumage par compression, et en particulier un moteur fonctionnant selon le cycle Diesel, comme utilisé dans l'industrie automobile. On connaît, par exemple par les documents US 5150377 ou US 4635597, un moteur multicylindre à injection directe de carburant comprenant pour chaque cylindre une culasse sensiblement plate formant couvercle au-dessus du cylindre, au moins une (de préférence deux) soupape d'admission de l'air frais montée dans la culasse, sensiblement parallèle à l'axe du cylindre, au moins (de préférence deux) une soupape d'échappement montée dans la culasse sensiblement parallèle à l'axe du cylindre, un injecteur de carburant sensiblement parallèle à l'axe du cylindre et débouchant dans la culasse approximativement au centre du cylindre, un piston présentant un fond de bol profilé entouré d'une zone de chasse annulaire. Sur un moteur à allumage par compression, en particulier un moteur Diesel, alimenté par injection directe de carburant dans le cylindre, la limitation des émissions de fumées est capitale, à la fois lorsque les performances maximales sont demandées au moteur mais également aux charges partielles. Le processus conduisant aux émissions de fumées à l'échappement peut être divisé en deux étapes : la formation des suies d'une part, juste après la phase d'injection du carburant dans la chambre de combustion, en particulier durant les combustions de diffusion, et d'autre part durant la phase de descente du piston, où une partie seulement des suies formées sont oxydées par l'oxygène contenu dans l'air qui n'a pas participé à la combustion. Sur la majorité des moteurs Diesel destinés au transport routier, un mouvement d'air ayant généralement l'axe du cylindre comme axe de rotation est généré durant la phase d'admission d'air ; ce mouvement est communément dénommé "swirl". Lorsque le piston remonte du point mort bas, approximativement en fin d'admission de l'air frais, vers le point mort haut, ce mouvement est géométriquement amplifié par le bol du piston. La plupart des inventions récentes ont tendu à améliorer le processus d'amplification et à optimiser le mélange obtenu entre le carburant injecté au voisinage du point mort haut et l'air frais. Mais au point mort haut, les vitesses orthoradiales générées dans le bol du piston se combinent plus ou moins bien selon la forme dudit bol avec les vitesses ascendantes créées par la descente du piston ; or la combinaison de ces deux mouvements permet de ralentir ou d'accélérer l'extraction des suies formées dans le bol de piston vers le cylindre où se trouve encore de l'air frais et de l'oxygène qui n'ont pas participé à la combustion. Le but de l'invention est de réaliser un moteur multicylindre à allumage par compression et injection directe de carburant dans la chambre de combustion, présentant un niveau de fumées particulièrement bas. L'invention atteint son but grâce à un moteur multicylindre du type précité en tête de ce document, dans lequel le profil du fond de bol est choisi pour déflecter le mélange de carburant et d'air vers la culasse en transformant le mouvement initial de swirl en un mouvement hélicoïdal. Dans un mode de réalisation préféré, le profil du bol est du type qui comporte globalement une élévation centrale, le fond du bol étant divisé en secteurs angulaires correspondant au nombre de jets de carburant et présentant une pente orthoradiale de manière à former un profil d'hélice, destiné à communiquer le mouvement hélicoïdal voulu au mélange de carburant et d'air. Avantageusement, la pente de chaque secteur dans la direction orthoradiale est comprise entre 5 et 10 , de préférence de l'ordre de 7 . D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui va suivre, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique de dessus du piston d'un cylindre du moteur conforme à l'invention, - la figure 2 est une coupe A-A du cylindre et du piston de la figure 1, et - la figure 3 est une coupe B-B du piston de la figure 1 Le piston 1 comporte une cavité ou bol profilé 2 approximativement centré par rapport à l'axe 3'du cylindre 3, entourée d'une zone de chasse 4 annulaire sensiblement parallèle à la culasse 5, le fond 8 du bol 2 étant relié à la zone de chasse 4 par une paroi de transition 6 sensiblement verticale, éventuellement par l'intermédiaire d'une lèvre 12 orientée radialement vers l'intérieur et destinée à confiner le mélange du carburant dans le bol lors de l'injection. Au centre du bol du piston est placé un téton ou élévation centrale 7 qui se raccorde de manière progressive au fond 8 du bol 2. La culasse 5 loge l'injecteur de carburant 11 à n jets de carburant (par exemple 4 jets) et abrite des soupapes 15 d'admission et d'échappement (par exemple deux soupapes d'admission et deux soupapes d'échappement) disposées autour de l'injecteur 11. Les n jets d'injection permettent de définir n secteurs angulaires 10a, lOb,..., lOn sur le piston 1 séparés par n zones intermédiaires 9 correspondant à la zone d'introduction de chaque jet de carburant en formant zone de turbulence fine. Si les soupapes 15 s'étendent au-dessus de la zone de chasse 4 du piston, celle-ci peut présenter des embrèvements destinés à éviter le contact entre les soupapes et le piston. Tous les éléments ci-dessus sont bien connus de l'homme de l'art et il n'est pas besoin de les détailler plus. Selon l'invention, le fond de bol 8 est conformé de manière à présenter, en direction orthoradiale (par exemple la direction de la ligne BB de la figure 1) une pente douce 16, par exemple d'environ 7 , séparée de la pente du secteur voisin par une pente plus accentuée 17, le tout donnant au fond 8 un profil d'hélice cohérent avec le nombre n de jets d'injecteurs. Ces secteurs angulaires en pente orthoradiale sont disposés selon l'orientation du mouvement tourbillonnaire de swirl, en aval de chaque jet de carburant. Le carburant est introduit dans chaque zone intermédiaire 9 sous forme de fines gouttelettes. La turbulence fine générée par les profils 16 et 17 a pour effet d'accélérer l'évaporation de carburant issu de l'injecteur 11 et son mélange avec l'air environnant, avant l'auto-inflammation. Dans un second temps, le secteur 10a, lOb,... joue le rôle de déflecteur et superpose au mouvement de swirl (représenté par les flèches 20) de l'ensemble air/carburant/gaz brûlés une composante verticale ; l'ensemble du mouvement est donc transformé en un mouvement hélicoïdal qui permet une bonne vidange du bol 2 de piston vers le cylindre 3. Cette vidange permet d'oxyder les suies formées dans le bol 2 de piston en les expulsant vers le cylindre 3. REVENDICATIONS 1. Moteur multicylindre à injection directe de carburant comprenant pour chaque cylindre (3) une culasse (5) sensiblement plate formant couvercle au-dessus du cylindre (3), au moins une soupape (12) d'admission de l'air frais montée dans la culasse (5), sensiblement parallèle à l'axe (3') du cylindre, au moins une soupape (12) d'échappement montée dans la culasse (5) sensiblement parallèle à l'axe du cylindre, un injecteur (11) de carburant sensiblement parallèle à l'axe (3') du cylindre et débouchant dans la culasse (5) approximativement au centre du cylindre (3), un piston (1) présentant un fond de bol (8) profilé entouré d'une zone de chasse annulaire (4), caractérisé en ce que le profil du fond de bol (8) est choisi pour déflecter le mélange de carburant et d'air vers la culasse (5) en transformant le mouvement initial de swirl en un mouvement hélicoïdal. 2. Moteur selon la revendication 1, dans lequel le profil du bol est du type qui comporte globalement une élévation centrale (7), le fond du bol (8) étant divisé en secteurs angulaires (10a, lOb,...) correspondant au nombre de jets de carburant, caractérisé en ce que chaque secteur présente (10a, lOb,...) une pente orthoradiale (16) de manière à former un profil d'hélice. 3. Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pente (16) de chaque secteur (lOa, lOb,...) dans la direction orthoradiale est comprise entre 5 et 10 , de préférence de l'ordre de 7 .