Brevet FR2849900A1 — publié le 20040716

Chambre de combustion destinée à réduire les émissions de suies La présente invention se rapporte à une chambre de combustion de moteur multicylindre à injection directe et à allumage par compression selon le cycle Diesel, destinée à réduire les émissions de suies. Des chambres de combustion bien connues destinées aux moteurs à allumage par compression sont formées par un cylindre dans lequel un piston est adapté à coulisser, ledit cylindre étant obturé par une portion de culasse disposée au regard d'une paroi libre dudit piston. Différentes formes de paroi libre de piston ont été proposées, tant dans le but d'améliorer le rendement du moteur que dans celui d'augmenter la combustion des suies pour limiter les émissions de fumées. On connaît d'après le document japonais JP-11-148353 un type de chambre de combustion dont la paroi libre du piston est usinée de façon à 15 présenter une surface formant bol. Cette surface formant bol présente un téton central en saillie et une partie périphérique entourée par une zone de chasse annulaire. Un injecteur central permet d'injecter le carburant selon deux flux distincts pour améliorer la combustion dans la chambre. Ladite portion de 20 culasse comporte bien évidemment des moyens d'admission du comburant, l'air, et des moyens d'échappement des gaz brlés. Durant la compression du comburant l'injecteur projette le carburant à la fois contre le téton central et en nappe conique contre la partie périphérique du bol, la combustion de la portion de carburant projetée contre le téton central 25 provoquant l'allumage de la portion de carburant projetée contre ladite partie périphérique avant qu'elle ne l'atteigne. Ainsi, la combustion s'effectue sans retard ce qui diminue la production de suies et notamment de NOX. Ni la géométrie particulière de la paroi libre du piston, ni la double 30 injection de carburant contre la surface de la paroi, ne permet un mélange suffisamment intime du carburant et du comburant pour que la combustion soit suffisamment complète et que des suies n'apparaissent pas. Un objet de la présente invention est de proposer une chambre de combustion qui permette d'assurer non seulement un mélange intime du 35 carburant et du comburant, mais aussi une répartition homogène du mélange dans la chambre de combustion entre la surface formant bol et ladite portion de culasse refermant le cylindre. A cet effet, la présente invention propose une chambre de combustion de moteur multicylindre à injection directe et à allumage par compression formée par un cylindre dans lequel un piston est adapté à coulisser. Ledit cylindre est obturé par une portion de culasse disposée au 5 regard d'une paroi libre dudit piston qui est usinée de façon à présenter une surface formant bol et ladite surface formant bol présente un téton central en saillie et une partie périphérique entourée par une zone de chasse annulaire. Ladite portion de culasse comporte un injecteur central en saillie, adapté à injecter le carburant contre ladite partie périphérique, 1o laquelle présente radialement, deux portions concaves, une première portion concave joignant ledit téton central et une seconde portion concave joignant ladite chasse annulaire, lesdites portions concaves étant séparées l'une de l'autre par une lèvre en saillie vers laquelle ledit injecteur central est adapté à injecter ledit carburant pour le répartir dans une pluralité de 15 zones de ladite chambre de combustion. Ainsi, une caractéristique de l'invention réside dans la forme particulière de la partie périphérique de la surface formant bol qui présente deux portions concaves séparées par une lèvre. La direction du trajet moyen du flux de carburant est orientée vers cette lèvre de manière 20 à le diviser en deux flux distincts et les portions concaves permettent de mélanger indépendamment l'une de l'autre les portions de carburant issues des deux flux distincts, au comburant. De la sorte, on obtient un mélange plus intime du carburant et du comburant, ce qui permet d'obtenir une meilleure combustion du mélange et donc une moindre production de 25 suies. Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention particulièrement avantageux, lesdites portions concaves sont sensiblement symétriques l'une de l'autre, par rapport à une surface coupant ladite lèvre en deux demi lèvres et joignant ledit injecteur central. Ainsi, comme on l'expliquera plus en détail dans la suite de la description, par rapport à une surface fictive qui couperait la lèvre en deux demi-lèvres en joignant l'injecteur central et qui formerait un tronc de cône de révolution autour de l'axe du cylindre, les deux portions concaves sont sensiblement symétriques, de sorte que les deux portions de 35 carburant sont mélangées au comburant de façon sensiblement identique, selon deux sens de rotation opposés imprimés par lesdites portions concaves. Grâce à cette caractéristique le mélange comburant/carburant est encore plus intime. Conformément à un premier mode particulier de réalisation de l'invention, selon un plan radial, la jonction entre la première portion 5 concave et ledit téton central forme une courbe qui est sensiblement l'image de ladite portion de culasse par rapport à la droite qui coupe ledit injecteur central et ladite lèvre, lorsque le piston est dans une position de point mort haut. Ainsi, non seulement le mélange carburant/comburant est homogène 1o mais en plus il est réparti de façon sensiblement uniforme dans la chambre de combustion et de façon symétrique par rapport à ladite surface formée par ledit tronc de cône décrit ci-dessus. Avantageusement, l'intersection desdites portions concaves avec un plan radial, au voisinage de ladite lèvre, forment des courbes dont les 15 tangentes respectives sont inclinées l'une par rapport à l'autre d'un angle inférieur à 900. De la sorte, le flux de carburant qui provient directement de l'injecteur central est parfaitement divisé en deux flux distincts qui ne se mélangent pas entre eux, mais qui se mélangent respectivement de façon intime avec le comburant. Selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention, ledit injecteur central est divisé en deux séries distinctes de trous d'injection, une première série dans laquelle les trous d'injection sont orientés vers ladite première portion concave et une seconde série dans laquelle les trous d'injection sont orientés vers ladite seconde portion concave. Ainsi, 25 les flux de carburant étant individualisés dès la sortie de l'injecteur central, leur mélange respectif avec le comburant dans chacune des parties concaves s'effectue sans recouvrement. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après de modes de réalisation particuliers 30 de l'invention, donnés à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la Figure 1 est une vue schématique partielle en perspective d'un premier mode de réalisation de l'invention; et, - la Figure 2 est une vue schématique partielle en perspective d'un 35 second mode de réalisation de l'invention. La Figure 1 illustre une portion de chambre de combustion 10 conforme à l'invention qui est délimitée sur la Figure par une portion 12 d'une culasse à front plat d'un moteur, laquelle referme un cylindre dans lequel un piston 14 est situé dans une position de point mort haut. Le piston 14, présente une paroi libre 16 usinée autour de l'axe central A du piston 14 de façon à former une surface formant bol 18. 5 Cette surface formant bol 18 présente un téton central 20 en saillie dont l'axe de symétrie est confondu avec l'axe central A du piston 14. Selon ce même axe central A, un injecteur central 21 en saillie de la portion 12 de culasse situé au regard du piston 14, est destiné à injecter le carburant dans la chambre de combustion 10. En outre, la surface formant bol 18 présente une partie périphérique 22 qui est entourée par une zone de chasse annulaire 24 joignant la paroi interne du cylindre. La partie périphérique 22 présente une première portion 26 concave qui s'étend, depuis le pourtour du téton central 20 vers une lèvre 28 en 15 saillie de la surface formant bol 18 et ce sur 360 vu de l'axe central A. A partir de la lèvre 28, une seconde portion 30 concave s'étend jusqu'à la zone de chasse annulaire 24, de la même façon que la première portion 26 concave sur 3600 vu de l'axe central A. Les deux portions concaves 26, 30 sont sensiblement symétriques 20 l'une de l'autre par rapport à la lèvre 28. Plus précisément, par rapport à une surface générée par toutes les droites qui relient l'injecteur central 21 à la trace d'un plan coupant la lèvre 28 en deux demi-lèvres sur toute la circonférence du piston 14 et qui forme un cône de révolution d'axe central A dont seulement un secteur S est représenté sur la Figure 1, les 25 portions concaves 26, 30 sont sensiblement l'image l'une de l'autre. Par ailleurs, dans cette position de point mort haut et par rapport à toutes les génératrices dudit cône de révolution décrit ci-dessus, radialement, la portion 34 de la surface formant bol 18 qui s'étend entre le téton central 20 et la première partie concave 26 est sensiblement l'image 30 de la partie 36 de portion 12 de culasse. Ainsi, ledit cône de révolution d'axe A définit ci-dessus délimite-t-il deux espaces sensiblement identiques dans lesquels, comme l'illustre cette Figure 1, deux nappes de jets de carburant 38, 40 sont injectées, respectivement dans la première portion concave 26 et dans la seconde portion concave 30. Afin d'injecter deux nappes distinctes, l'injecteur central 21 est divisé en deux séries distinctes de trous d'injection couvrant les 360 autour dudit injecteur central 21, une première série dans laquelle les trous d'injection sont orientés vers la première portion 26 concave et une seconde série dans laquelle les trous d'injection sont orientés vers ladite seconde portion 30 concave. De la sorte, tel que représenté sur la Figure 1, le carburant 5 micronisé issu de la nappe de jets 38, projeté contre la portion de surface inclinée de la première portion 26 concave qui est située à proximité de la lèvre 28, est guidé en rotation dans le sens trigonométrique inverse R- ' pour se mélanger intimement au comburant contenu dans la chambre de combustion 10, tandis que le carburant de la nappe de jets 40, projeté 1o contre la portion de surface inclinée de la seconde portion 30 concave qui est située à proximité de la lèvre 28 est quant à lui, guidé en rotation dans le sens trigonométrique R pour se mélanger intimement également au comburant contenu dans la chambre de combustion 10. Et le mélange respectif du carburant et du comburant s'effectue de façon sensiblement i15 indépendante pour les deux nappes de jets de sorte que le mélange carburant/comburant est plus intime et plus homogène dans la chambre de combustion 10. Afin que les deux nappes 38, 40 ne se mélangent pas entre elles, dès leur impact sur la partie périphérique, les tangentes Tl et T2 des portions 20 concaves au voisinage de ladite lèvre 28, selon un plan radial, sont inclinées l'une par rapport à l'autre d'un angle c. inférieur à 900. Cette inclinaison est d'autant plus nécessaire lorsque l'injecteur central 21 que l'on retrouve sur la Figure 2, dans une configuration tout à fait identique à celle de la Figure 1, ne présente qu'une série de trous 25 d'injection ne formant qu'une seule nappe de jets de carburant 42 qui est orienté vers la lèvre 28. De la sorte, la nappe de jets de carburant 42 micronisé se divise en deux parties, une première partie qui est guidée dans la première portion 26 concave, en rotation dans le sens trigonométrique inverse R-1 pour se 30 mélanger intimement au comburant contenu dans la chambre de combustion 10 et une seconde partie qui est guidée dans la seconde portion 30 concave, en rotation dans le sens trigonométrique R pour se mélanger intimement également au comburant contenu dans la chambre de combustion 10. REVENDICATIONS 1. Chambre de combustion de moteur multicylindre à injection 5 directe et à allumage par compression formée par un cylindre dans lequel un piston (14) est adapté à coulisser, ledit cylindre étant obturé par une portion de culasse (12) disposée au regard d'une paroi libre (16) dudit piston (14) qui est usinée de façon à présenter une surface formant bol (18), ladite surface formant bol (18) présentant un téton central (20) en l0 saillie et une partie périphérique (22) entourée par une zone de chasse annulaire (24), ladite portion de culasse (12) comportant un injecteur central (21) en saillie, adapté à injecter le carburant contre ladite partie périphérique (22), caractérisée en ce que ladite partie périphérique (22) présente 15 radialement, deux portions concaves, une première portion (26) concave joignant ledit téton central (20) et une seconde portion (30) concave joignant ladite chasse annulaire (24), les portions (26, 30) concaves étant séparées l'une de l'autre par une lèvre (28) en saillie vers laquelle ledit injecteur central (21) est adapté à injecter ledit carburant pour le répartir 20 dans une pluralité de zones de ladite chambre de combustion (10). 2. Chambre de combustion selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites portions (26, 30) concaves sont sensiblement symétriques l'une de l'autre, par rapport à une surface coupant ladite lèvre (28) en deux demi lèvres et joignant ledit injecteur central (21). 3. Chambre de combustion selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit piston (14) est destiné à coulisser entre un point mort haut et un point mort bas et en ce que, selon un plan radial, la jonction entre la première portion (26) concave et ledit téton central (20) forme une courbe qui est sensiblement l'image de ladite portion (12) de culasse par rapport à 30 la droite qui coupe ledit injecteur central (21) et ladite lèvre (28), lorsque ledit piston (14) est dans la position dudit point mort haut. 4. Chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'intersection desdites portions (26, 30) concaves avec un plan radial, au voisinage de ladite lèvre (28), 35 forment des courbes dont les tangentes respectives sont inclinées l'une par rapport à l'autre d'un angle inférieur à 90 . 5. Chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit injecteur central (21) est divisé en deux séries distinctes de trous d'injection, une première série dans laquelle les trous d'injection sont orientés vers ladite première 5 portion (26) concave et une seconde série dans laquelle les trous d'injection sont orientés vers ladite seconde portion (30) concave.