Brevet FR2869951A1 — publié le 20051111

Chambre de combustion pour moteur à combustion interne à injection directe L'invention concerne un moteur à combustion interne à allumage 5 commandé et à injection directe. L'invention concerne plus particulièrement une chambre de combustion pour moteur à combustion interne à allumage commandé et à injection directe, du type dans lequel un cylindre est délimité axialement vers le haut par une face inférieure d'une culasse dans laquelle débouchent, chacun par l'intermédiaire d'une soupape correspondante, au moins un conduit d'admission et au moins un conduit d'échappement, du type dans lequel les soupapes d'admission sont agencées chacune de part et d'autre d'un plan de référence qui contient l'axe du cylindre, et du type comportant un injecteur d'essence dont le nez débouche dans le cylindre. Les moteurs à combustion interne et à allumage commandé ont grand avantage à être mis en oeuvre avec un dispositif d'injection directe du carburant dans le cylindre. En effet, l'utilisation de l'injection directe permet d'optimiser te fonctionnement du moteur avec des mélanges dits "pauvres", c'est-à-dire des mélanges carbures dans lesquels il existe un fort excès d'air par rapport à la quantité de carburant introduite dans le cylindre. L'utilisation des mélanges pauvres permet notamment de réduire de manière importante la consommation de carburant mais aussi de réduire la température maximale atteinte au cours de la combustion, ce qui permet de diminuer la production de substances polluantes telles que les oxydes d'azote (NOx). De même, l'excès d'air permet d'éviter qu'une partie du carburant reste imbrûlée après la combustion et soit évacuée avec les gaz d'échappement. 2869951 2 L'utilisation d'un mélange "pauvre" est toutefois à la source d'un certain nombre de problèmes. Notamment, l'allumage de ia combustion du mélange air/carburant est rendu plus difficile du fait de la faible proportion de carburant par rapport à l'air. Dans le but de contourner ce problème, on cherche donc à faire fonctionner les moteurs à allumage commandé, lorsqu'ils sont alimentés en mélanges "pauvres", selon le principe des charges stratifiées dans lesquelles le mélange carburé n'a pas une composition homogène dans tout le cylindre. On cherche ainsi à provoquer une plus grande concentration du carburant à proximité de la bougie d'allumage de telle sorte que l'étincelle que celle-ci produit puisse provoquer facilement le démarrage de la combustion dans le cylindre. On connaît différentes solutions qui permettent de réaliser des charges stratifiées grâce à l'injection directe. Une première consiste à positionner l'injecteur et la bougie de telle manière que le jet de carburant est projeté directement par l'injecteur en direction de la bougie. Cette méthode est a priori très performante mais elle est très sensible aux incertitudes de positionnement des différents éléments et, encore plus, à l'encrassement du nez d'injecteur qui peut modifier notablement les caractéristiques du jet de carburant. Au fil du temps, le moteur ainsi réalisé peut nécessiter de fréquents réglages sous peine de voir se produire de nombreux "ratés" d'allumage. Une seconde solution connue décrit par exemple dans JP2001055925 consiste à réaliser une stratification par effet de paroi en dirigeant le jet de carburant en direction d'une paroi, par exemple la face supérieure du piston conformée de façon spécifique pour le réfléchir ensuite en direction de la bougie. Toutefois, avec cette solution, il peut se produire une condensation importante du carburant sur les parois, le carburant ainsi condensé étant alors très difficilement inflammable. L'invention a donc pour objet de proposer une solution qui permette d'obtenir un fonctionnement optimal du moteur avec des charges "pauvres" stratifiées. Ce but est atteint par une chambre de combustion pour moteur à combustion interne délimitée par, les parois d'un cylindre, la surface inférieure d'une culasse et la surface supérieure d'un piston caractérisée en ce que la chambre de combustion comprend des moyens pour induire un mouvement tourbillonnaire de type tumble, ces moyens étant positionnés sur la culasse au voisinage des orifices des conduits d'admission (24) de la chambre de combustion. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1. est une vue schématique et partielle en coupe axiale d'un moteur conforme à une première variante de réalisation de l'invention É la figure 2 est une vue schématique et partielle en coupe axiale d'un moteur conforme à une deuxième variante de réalisation de l'invention; - la figure 3 est une vue, de dessus selon l'axe du cylindre, de la face supérieure de la culasse du moteur de la figure 2 On a illustré sur la figure 1 chambre de combustion 10 d'un moteur à combustion interne à allumage commandé et à injection directe. La chambre de combustion 10, d'axe Al, est délimité dans un bloc-moteur 12 par une paroi cylindrique 14. La chambre de combustion 10 est délimité vers le haut par la face inférieure 16 d'une culasse et, vers le bas, par la face supérieure 20 d'un piston 22 qui, de manière connue, est animé d'un mouvement alternatif de translation selon l'axe Al. Deux conduits d'admission 24 d'air sont aménagés dans la culasse de manière à déboucher dans la face inférieure 16 de celle-ci. La communication entre les conduits d'admission 24 et la chambre de 2869951 4 combustion 10 est autorisée ou interrompue par des soupapes d'admission commandées. De la même manière, des conduits d'échappement débouchent dans la chambre de combustion 10 par l'intermédiaire de soupapes 5 d'échappement. Dans l'exempte de réalisation illustré sur les figures, la face inférieure 16 de la culasse 18 est configurée en " toit " de sorte qu'elle présente deux pans 32, 34 qui sont sensiblement plans et inclinés de part et d'autre d'une arête sommitale 36. Les conduits d'admission 24 débouchent dans l'un 34 des pans tandis que les conduits d'échappement débouchent dans l'autre des pans32. S'agissant d'un moteur à allumage commandé, une bougie d'allumage est vissée dans la culasse 16 de telle sorte que ses électrodes débouchent dans la chambre de combustion 10, sensiblement sur l'axe Al de celui-ci et donc au niveau de l'arête sommitale 36 de la face inférieure 16 de la culasse. Par ailleurs, un injecteur est implanté dans la culasse de manière qu'un nez de l'injecteur débouche dans la chambre de combustion 10 pour pouvoir projeter directement à l'intérieur de celui-ci un jet de carburant. L'injecteur peut être central ou latéral. Pour un moteur à combustion interne à allumage par compression, un injecteur est implanté sensiblement en lien et place de la bougie. Par ailleurs, un injecteur est implanté dans la culasse de manière qu'un nez 44 de l'injecteur débouche dans la chambre de combustion 10 pour pouvoir projeter directement à l'intérieur de celui-ci un let de carburant. Selon un premier aspect de l'invention, la chambre de combustion 10 est muni d'au moins un conduit d'admission 24 et comporte au voisinage de l'orifice d'admission des moyens 40 pour créer, un mouvement tourbillonnaire dit de " tumble " dans la chambre de combustion 10. Ces moyens peuvent être constitués par au moins un déflecteur placé au voisinage de l'orifice d'admission. La coupe transversale de chaque 2869951 5 déflecteur 40 a sensiblement la forme d'une rampe qui peut être incurvée. L'orientation et la forme des déflecteurs sont déterminées pour induire un mouvement tourbillonnaire de type tumble dans le sens souhaité. Chaque déflecteur 40 est intégré à la culasse et peut être obtenu directement par fonderie avec ou sans usinage. Chaque déflecteur 40 peut également est constitué d'un insert fixé dans la culasse. Selon le sens du tumble choisi, direct ou inverse, au moins déflecteur 40 sera placé sur fa partie supérieure ou inférieur de l'orifice d'admission La figure 1 représente le cas où le sens du tumble est inverse. Dans ce cas, au moins un déflecteur 40 est placé dans la partie inférieure de l'orifice du conduit d'admission. Ainsi, lors de la phase d'admission l'air est dans un premier temps dirigé vers le fond de la chambre de combustion en suivant la paroi du cylindre, puis remonte vers la culasse pour former fe mouvement de tumble. La présence du déflecteur 40 permet d'induire un mouvement de rotation au flux d'air de sorte qu'il puisse remonter vers la culasse. La figure 2 représente le cas où le sens du tumble est direct. Dans ce cas, au moins un déflecteur 40 est placé dans la partie supérieure de l'orifice du conduit d'admission 24. Ainsi, lors de la phase d'admission l'air est dans un premier temps dirigé vers le fond de la chambre de combustion en suivant la paroi du cylindre, puis remonte vers la culasse pour former le mouvement de tumble inverse. La présence du déflecteur 40 permet d'induire un mouvement de rotation au flux d'air de sorte qu'il puisse remonter vers la culasse. Selon cette deuxième variante de réalisation, deux déflecteurs de forme allongé, par exemple en forme de barrette, sont placés sensiblement au niveau de l'arête sommitale de la culasse de part et d'autre de l'axe du cylindre et dans l'axe de l'arête sommitale de la culasse. 2869951 6 Grâce au mouvement tourbillonnaire ainsi créé, illustré notamment sur les figures 1 et 2, le jet de carburant tend à être intercepté par des courants de gaz qui provoquent une accumulation de carburant au voisinage des électrodes de la bougie 34. Ainsi, selon l'invention, la stratification du mélange carburé est obtenue grâce à l'aérodynamique des gaz dans la chambre de combustion 10, en limitant le contact du carburant avec les parois du cylindre, c'est-à-dire en limitant les contacts avec la face supérieure 20 du piston 22 et avec la face latérale 14 de la chambre de combustion 10. i 2869951 7 REVENDICATIONS 1. Chambre de combustion pour moteur à combustion interne délimitée par, les parois d'un cylindre, la surface inférieure d'une culasse et la surface supérieure d'un piston caractérisée en ce que la chambre de combustion comprend des moyens (40, 41) pour induire un mouvement tourbillonnaire de type tumble, ces moyens (40, 41) étant positionnés sur la culasse au voisinage des orifices des conduits d'admission (24) de la chambre de combustion. 2. Chambre de combustion selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (40, 41) dont la coupe transversale est en forme de rampe. 3. Chambre de combustion selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque déflecteur (41) est placé dans une zone située sur la partie supérieure des orifices d'admission de la chambre de combustion. 4. Chambre de combustion selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque déflecteur (40) est placé dans une zone située sur la partie inférieure des orifices d'admission de la chambre de combustion. 5. Chambre de combustion selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens pour induire un mouvement tourbillonnaire de type tumble comprennent deux déflecteurs (41) de forme allongée placé selon l'arête sommitale de la culasse de part et d'autre de l'axe (Al) du cylindre. 6. Chambre de combustion selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que chaque déflecteur (40, 41) est formé dans la culasse. 7. Chambre de combustion selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que chaque déflecteur (40, 41) est formé d'un insert 30 fixé sur la surface inférieure (16) de la culasse.