Brevet FR2857698A1 — publié le 20050121

i La présente invention concerne un moteur diesel à injection directe. Le besoin actuel est de réaliser des moteurs diesel assurant le meilleur compromis possible entre l'obtention d'une puissance élevée, une pollution et un bruit de fonctionnement les plus faibles possibles pour des moteurs diesel à injection directe. On connaît par exemple selon le brevet US 6 336 438 un moteur diesel à injection directe, comportant une culasse dans laquelle est monté axialement un injecteur dont l'extrémité adjacente à la chambre de combustion comporte plusieurs orifices débouchant radialement dans la chambre de combustion. La face supérieure de cette chambre de combustion a la forme d'un cône dont le sommet est centré sur l'axe de la chambre de combustion. La culasse comporte quatre soupapes. La forme conique de la chambre de combustion permet de monter dans la culasse au moins quatre soupapes, ce qui favorise l'obtention d'une puissance spécifique élevée. Dans le brevet ci-dessus aucune disposition particulière n'est prise pour créer dans la chambre de combustion un mouvement d'air capable de réduire le bruit de fonctionnement du moteur et l'émission polluante de fumées. Des solutions antérieures connues font appel à la multi-injection. Ces solutions conduisent: - soit à une réduction du bruit, mais à une augmentation de l'émission des fumées lorsqu'on procède à une injection pilote, - soit à une augmention du bruit et une diminution de l'émission des fumées, lorsqu'on ne procède pas à une injection pilote. L'émission de fumées s'explique de la façon suivante. L'injection pilote de carburant rencontre dans la chambre de combustion les gaz brûlés résiduels résultant de l'injection pilote, ce qui conduit à une production de suies (fumées) importante. Le but de la présente invention est de remédier à cet inconvénient, tout 30 en permettant d'obtenir une puissance spécifique élevée. Suivant l'invention, le moteur diesel à injection directe du type décrit ci-dessus est caractérisé en ce que: A. I'angle formé entre la face supérieure conique de la chambre de combustion et la face d'appui de la culasse sur le bloc cylindrique est compris entre 5 et 25 et en ce que: B. les conduits d'admission d'air dans la chambre de combustion sont adaptés pour créer dans celle-ci un courant d'air perpendiculaire à l'axe de cette chambre de combustion. La caractéristique A permet d'utiliser au moins quatre soupapes ayant des têtes de grand diamètre coopérant avec des conduits d'admission et d'échappement de diamètre correspondant, ce qui permet d'obtenir un moteur ayant une importante puissance spécifique. La caractéristique B permet de réduire le bruit de fonctionnement et 15 surtout de réduire l'émission des fumées, ce qui sera expliqué plus en détail plus loin. Les essais ont montré que les meilleurs résultats étaient obtenus lorsque la vitesse dudit courant d'air est comprise entre 3,5 et 5,5 fois la vitesse de rotation du moteur. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples, non limitatifs: - la figure 1 est une vue schématique en coupe transversale de la chambre de combustion d'un moteur diesel selon l'invention, - la figure 2 est une vue de dessous de la chambre de combustion selon la figure 1, - la figure 3 est une vue schématique de dessus d'un secteur angulaire de la chambre de combustion, illustrant le fonctionnement en l'absence du mouvement d'air, - la figure 4 est une vue analogue à la figure 3, illustrant le fonctionnement en présence du courant d'air, - la figure 5 est une demi-coupe transversale illustrant le profil du jet de carburant avec l'injecteur de la figure 1, - la figure 6 est une vue schématique en coupe d'un injecteur selon une variante de réalisation, et - la figure 7 est une demi-coupe analogue à la figure 5 illustrant les deux jets de carburant générés par l'injecteur de la figure 6. Le moteur diesel à injection directe selon l'invention comporte comme représenté sur les figures 1 et 2, une culasse 1 dans laquelle est monté 10 axialement un injecteur 2 dont l'extrémité adjacente à la chambre de combustion 3 comporte plusieurs orifices 2a débouchant radialement dans la chambre de combustion 3. La culasse 1 porte d'autre part une bougie de préchauffage 4. La face supérieure 5 de cette chambre de combustion 3 a la forme d'un cône dont le sommet est centré sur l'axe X - X' de cette chambre 15 de combustion 3. Sa face inférieure est formée par la paroi supérieure 12 en forme de bol d'un piston 12. La figure 2 montre que la culasse 1 comporte quatre soupapes, dont deux d'admission 6 et deux d'échappement 7. Conformément à l'invention (voir figure 1) I'angle a formé entre la face 20 supérieure 5 conique de la chambre de combustion 3 et la face d'appui 8 de la culasse 1 sur le bloc cylindre 9 et compris entre 5 et 25 . Par ailleurs, les conduits d'admission d'air dans la chambre de combustion 3 sont adaptés pour créer dans celle-ci un courant d'air (voir flèche F, figure 1) perpendiculaire à l'axe X - X' de cette chambre de combustion 3. Ce courant 25 d'air F est communément appelé swirl par les spécialistes. La vitesse de ce mouvement d'air F est de préférence comprise entre 3,5 et 5,5 fois la vitesse de rotation du moteur. La forme conique de la face supérieure de la chambre de combustion permet de monter dans la culasse 1, quatre soupapes ou plus coopérant avec 30 des conduits d'admission et d'échappement ayant la section la plus importante possible, ce qui permet d'obtenir un moteur ayant une grande puissance spécifique. On va maintenant expliquer en référence aux figures 3 et 4, l'effet procuré par le courant d'air F swirl . En l'absence de mouvement d'air (voir figure 3) I'injection principale de carburant rencontre une zone 10 dans laquelle l'oxygène a été consommé par lI'injection pilote de carburant qui a été effectuée avant l'injection principale. Cette zone 10 contient ainsi les gaz brûlés résiduels engendrés par l'injection pilote, ce qui produit des suies (ou fumées). En présence de courant d'air F (ou swirl ), comme montré par la figure 4, la zone 10 constituée de gaz brûlés par l'injection pilote de carburant 10 est chassée angulairement par le courant d'air. De ce fait, I'injection principale de carburant rencontre dans son trajet, une zone comprise entre deux zones successives d'oxygène consommé par l'injection pilote, constituée d'oxygène disponible pour la combustion du carburant injecté par l'injection principale. Il en résulte ainsi une réduction importante d'émission de fumées. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, I'injecteur 2 comporte une rangée d'orifices 2a agencés pour injecter le combustible dans la chambre de combustion selon le profil représenté à la figure 5. En variante, comme représenté à la figure 6, I'injecteur 2 comporte de préférence deux rangées d'orifice débouchant radialement dans la chambre de 20 combustion 3, à savoir: - une première rangée inférieure d'orifices classiques 2a, orientés pour diriger le jet de combustible vers le fond du bol comme représenté à la figure - une deuxième rangée supérieure d'orifices 2b, de diamètre plus petit 25 que les orifices 2a pour assurer une meilleure évaporation du carburant, orientés sensiblement perpendiculairement à l'axe X-X' de la chambre. Cette deuxième rangée d'orifices 2b permet d'injecter une faible quantité de carburant dans l'oxygène situé à la partie supérieure de la chambre de combustion en toit 3. La présente invention permet ainsi à la fois d'obtenir un moteur diesel à injection directe: - ayant une puissance spécifique élevée, grâce à la forme de la face supérieure de la chambre de combustion qui permet de loger au moins quatre soupapes par cylindre, - avec un niveau de bruit réduit, grâce à l'injection pilote, - avec une émission réduite de fumées grâce au courant d'air F. REVENDICATIONS 1) Moteur diesel à injection directe, comportant une culasse (1) dans laquelle est monté axialement un injecteur (2) dont l'extrémité adjacente à la chambre de combustion (3) comporte plusieurs orifices (2a) débouchant radialement dans la chambre de combustion (3), la face 5 supérieure (5) de cette dernière ayant la forme d'un cône dont le sommet est centré sur l'axe (X - X') de ladite chambre de combustion (3), la culasse (1) comportant au moins quatre soupapes (6, 7) caractérisé en ce que l'angle (a) formé entre la face supérieure conique de la chambre de combustion (3) et la face d'appui (8) de la culasse (1) sur le bloc cylindre 10 (9) est compris entre 5 et 25 et en ce que les conduits d'admission d'air dans la chambre de combustion (3) sont adaptés pour créer dans celle-ci un courant d'air (F) perpendiculaire à l'axe (X - X') de cette chambre de combustion (3). 2) Moteur diesel selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse dudit courant d'air (F) est comprise entre 3,5 et 5,5 fois la vitesse de rotation du moteur. 3) Moteur diesel selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, 20 caractérisé en ce que ledit injecteur (2) comporte au moins deux rangées d'orifice (2a, 2b). 4) Moteur diesel selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend une première rangée d'orifices principaux (2a) et une seconde 25 rangée d'orifices auxiliaires (2b) de plus petit diamètre orientés vers le haut de ladite chambre de combustion (3).