Brevet FR2854651A1 — publié le 20041112

"Moteur à combustion interne comportant des moyens pour augmenter l'intensité du swirl" L'invention concerne un moteur à combustion interne de véhicule automobile, notamment du type diesel. L'invention concerne plus particulièrement un moteur à combustion interne comportant au moins un cylindre d'axe vertical qui comprend une chambre de combustion délimitée verticalement vers le haut par une culasse supérieure, du type qui comporte des moyens pour favoriser la formation d'un mouvement tourbillonnaire dit de swirl dans lequel les gaz contenus dans la chambre de combustion, notamment de l'air et du carburant, sont animés d'un mouvement de rotation autour d'un axe sensiblement parallèle à l'axe vertical du cylindre. Dans les moteurs de type diesel, le carburant et l'air forment un mélange qui n'est pas totalement homogène lors de la combustion. Le manque d'homogénéité du mélange d'air et de carburant provoque l'apparition de différentes substances polluantes pendant la combustion, tel que du monoxyde de carbone (CO) et/ou des hydrocarbures imbrûlés (HC). Le manque d'oxydation du carburant accompagné de la forte augmentation de température du cylindre due à la combustion, favorise aussi la formation de particules polluantes qui sont dangereuses pour l'environnement. On connaît plusieurs conceptions de moteur du type diesel qui permettent de réduire les émissions de substances polluantes en favorisant l'homogénéisation du mélange d'air et de carburant avant et/ou pendant la combustion. Ces différentes conceptions permettent d'améliorer la combustion du carburant, et donc de réduire la consommation en carburant du véhicule, et d'augmenter le rendement du moteur. Il est connu d'utiliser d'améliorer l'homogénéité du mélange d'air et de carburant en provoquant un mouvement tourbillonnaire, aussi appelé swirl , autour d'un axe sensiblement parallèle à l'axe du cylindre. Ce mouvement tourbillonnaire est provoqué par l'air lors de son admission. De manière connue, le conduit d'admission d'air est conçu avec une forme qui favorise le mouvement tourbillonnaire. Selon une autre conception connue, le déphasage entre la levée des soupapes d'admission crée et entretient le swirl. Le mouvement tourbillonnaire est entretenu par le coulissement du piston lors de chaque cycle du moteur. Il est ainsi permanent, et il est amplifié lors de la remontée du piston. Cependant, le mouvement tourbillonnaire produit grâce à ces conceptions reste insuffisant pour homogénéiser totalement le mélange d'air et de carburant. Afin de résoudre ce problème, la présente invention propose un moteur du type décrit précédemment, caractérisé en ce que lesdits moyens comportent un canal qui débouche tangentiellement dans la paroi de la chambre de combustion, et par lequel des gaz comprimés sont injectés dans la chambre de combustion sous une pression supérieure à celle régnant dans la chambre de combustion au moment de l'injection desdits gaz comprimés. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - les gaz comprimés sont injectés pendant la phase de combustion d'un mélange d'air et de carburant dans la chambre de combustion ; - les gaz comprimés comportent de l'oxygène ; - le moteur comporte une enceinte de combustion qui communique en aval avec la chambre de combustion par l'intermédiaire dudit canal, et dans laquelle les gaz comprimés sont obtenus par combustion d'un mélange gazeux comportant de l'hydrogène et de l'oxygène, la proportion d'oxygène par rapport à l'hydrogène étant supérieure aux proportions stoechiométriques ; - l'enceinte de combustion est formée dans la culasse ; - l'hydrogène est formé par un reformeur embarqué dans le véhicule ; - l'oxygène est contenu dans de l'air atmosphérique qui alimente l'enceinte de combustion. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera au dessin annexé qui est une vue schématique d'un moteur qui comporte un cylindre et qui est équipé de moyens réalisés selon l'invention pour augmenter l'intensité du swirl dans la chambre de combustion du cylindre. On adoptera dans la suite de la description, et à titre non limitatif, une orientation longitudinale, verticale et transversale indiquée par le trièdre L, V, T de la figure. On a représenté schématiquement, à la figure annexée, un moteur de type diesel. De façon connue, le moteur comporte un bloc-cylindres comprenant au moins un cylindre 10 d'axe vertical A. Le cylindre 10 représenté comporte une chambre de combustion 12. La chambre de combustion 12 est délimitée latéralement par une paroi cylindrique 14 du cylindre 10, et verticalement vers le haut par une paroi horizontale supérieure 16, et vers le bas par un piston inférieur 18 coulissant verticalement dans le cylindre 10. La paroi supérieure 16 est formée par la face inférieure d'une culasse supérieure 20 qui est fixée sur le bloc-cylindres. La culasse comporte notamment un conduit d'admission d'air 22 qui débouche par la paroi supérieure 16 dans la chambre de combustion 12. Le conduit d'admission d'air 22 est susceptible d'être obturée par une soupape d'admission 24. La culasse 20 comporte aussi un conduit d'échappement 24 qui débouche dans la chambre de combustion 12. Le conduit d'échappement 26 est aussi susceptible d'être obturé par une soupape d'échappement 28. La culasse 20 comporte ici un injecteur 30 qui affleure avec la paroi supérieure 16 de façon à injecter le carburant dans la chambre de combustion 12. L'injecteur 30 est ici globalement parallèle à l'axe vertical A. De manière connue, le conduit d'admission d'air 22 comporte un orifice 32 qui est équipé de moyens pour favoriser un mouvement tourbillonnaire de l'air autour de l'axe vertical A lors de l'admission d'air dans la chambre de combustion 12. Le mouvement tourbillonnaire, ou swirl , est indiqué schématiquement par la flèche F de la figure. Selon les enseignements de l'invention, la culasse 20 comporte une enceinte de combustion 34 qui communique avec la chambre de combustion 12 par l'intermédiaire d'un canal 36. Le canal 36 débouche dans la chambre de combustion 12 par la paroi supérieure 16 au voisinage de la paroi cylindrique 14 du cylindre 10 de manière sensiblement tangentielle à la paroi cylindrique 14. L'enceinte de combustion 34 est destiné à recevoir un mélange gazeux susceptible d'être brûlé. Lors de sa combustion, le mélange subit une forte augmentation de pression et de température. Les gaz comprimés dans l'enceinte de combustion 34 qui résultent de la combustion, sont alors injectés dans la chambre de combustion 12 par l'intermédiaire du canal 36. Afin de permettre la réalisation de l'opération de combustion, l'enceinte de combustion 34 comporte des moyens 38 pour amorcer la combustion. Les moyens 38 d'amorçage comportent par exemple une bougie d'allumage. Le mélange gazeux destiné à être brûlé dans l'enceinte 34 comporte ici un comburant et un combustible. Le comburant est avantageusement de l'air atmosphérique qui comporte majoritairement de l'oxygène 02 et de l'azote N2. Le combustible est ici de l'hydrogène H2. Afin de fournir l'hydrogène H2, le véhicule est équipé d'un reformeur 40 qui produit de l'hydrogène H2 à partir d'air atmosphérique comportant de l'oxygène 02 et de l'azote N2, et à partir de carburant, distinct ou identique au carburant injecté dans les cylindres, contenu par exemple dans un réservoir 42 d'essence ou de diesel. En plus de l'hydrogène H2, le reformeur 40 rejette principalement du dioxyde de carbone CO2 et de l'azote N2. Selon une variante non représentée de l'invention, l'hydrogène H2 est contenu dans un réservoir hydrogène embarqué à bord du véhicule automobile. Lors du fonctionnement du moteur diesel, de l'air est tout d'abord admis dans la chambre de combustion 12 par l'intermédiaire du conduit d'admission d'air 22. La soupape d'admission 24 est ouverte, et le piston 18 coulisse verticalement vers le bas de façon à aspirer l'air. Grâce à la forme spéciale de l'orifice 32 du conduit d'admission d'air 22, l'air aspiré dans la chambre de combustion 12 a un mouvement tourbillonnaire autour de l'axe vertical A. Lorsque le piston 18 a atteint le point bas de son coulissement, la soupape 24 est fermée et le piston 18 coulisse vers le haut de façon à comprimer l'air contenu dans la chambre de combustion 12. Le coulissement du piston 18 vers le haut augmente la vitesse du mouvement tourbillonnaire de l'air admis. Lorsque l'air est comprimé au maximum, du carburant est injecté en un jet de fines gouttelettes par l'intermédiaire de l'injecteur 30 dans la chambre de combustion 12. Le mouvement tourbillonnaire de l'air admis provoque un premier brassage qui rend le mélange d'air et de carburant globalement homogène. Il subsiste cependant encore des zones comportant un excès de carburant comme expliqué en préambule. L'élévation de température provoquée par la compression déclenche la combustion du mélange air/carburant. Simultanément à ces opérations, de l'hydrogène H2 et de l'air atmosphérique sont admis dans l'enceinte de combustion 34 de la culasse 20. Le mélange gazeux est brûlé dans l'enceinte 34. Ceci provoque une brusque augmentation de la température et de la pression du mélange d'hydrogène et d'oxygène. Il résulte de la combustion un gaz comprimé qui comporte de la vapeur d'eau, et dont la température est par exemple de l'ordre de 2700[deg]C et la pression est de l'ordre de 110 bars. Simultanément, au début de la combustion du mélange d'air et de carburant dans la chambre de combustion 12, la pression du mélange air/carburant est inférieure à la pression qui règne dans l'enceinte de combustion 34, par exemple de l'ordre de 60 bars. La différence de pressions entre l'enceinte de combustion 34 et la chambre de combustion 12 provoque le déplacement des gaz obtenus par combustion par l'intermédiaire du canal 36 depuis l'enceinte 34 jusqu'à la chambre de combustion 12. Le gaz comprimé est ainsi injecté dans la chambre de combustion après le début de la combustion, de façon à augmenter l'intensité du mouvement tourbillonnaire déjà existant dans la chambre de combustion 12. Ceci améliore sensiblement l'homogénéisation du mélange air/carburant après le début de la combustion dans la chambre de combustion 12. Avantageusement, la proportion d'oxygène O2 par rapport à l'hydrogène H2 admis dans l'enceinte de combustion 34 est supérieure aux proportions st chiométriques de façon que la combustion du mélange dans l'enceinte 34 ne soit pas explosive. De plus, les gaz obtenus par la combustion d'un tel mélange d'air et d'hydrogène comporte de l'oxygène 02 qui favorise la combustion du carburant dans les zones de la chambre de combustion 12 qui comportent un excès de carburant par rapport à l'air admis. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne comportant au moins un cylindre (10) d'axe vertical (A) qui comprend une chambre de combustion (12) délimitée verticalement vers le haut par une culasse supérieure (20), du type qui comporte des moyens (34, 36) pour favoriser la formation d'un mouvement tourbillonnaire dit de swirl dans lequel les gaz contenus dans la chambre de combustion, notamment de l'air et du carburant, sont animés d'un mouvement de rotation autour d'un axe sensiblement parallèle à l'axe vertical (A) du cylindre (10), caractérisé en ce que les moyens pour favoriser le swirl comportent un canal (36) qui débouche tangentiellement dans une paroi (16) de la chambre de combustion (12), et par lequel des gaz comprimés sont injectés dans la chambre de combustion (12) sous une pression supérieure à celle régnant dans la chambre de combustion (12)au moment de l'injection desdits gaz comprimés. 2. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les gaz comprimés sont injectés pendant une phase de combustion d'un mélange d'air et de carburant dans la chambre de combustion (12). 3. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les gaz comprimés comportent de l'oxygène (02). 4. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte de combustion (34) qui communique en aval avec la chambre de combustion (12) par l'intermédiaire dudit canal (36), et dans laquelle les gaz comprimés sont obtenus par combustion d'un mélange gazeux comportant de l'hydrogène (H2) et de l'oxygène (02), la proportion d'oxygène (02) par rapport à l'hydrogène (H2) étant supérieure aux proportions stoechiométriques. 5. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'enceinte de combustion (34) est formée dans la culasse (20). 6. Moteur selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que l'hydrogène (H2) est formé par un reformeur (40) embarqué dans le véhicule. 7. Moteur selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'oxygène (02) est contenu dans de l'air atmosphérique qui alimente l'enceinte de combustion (34).