Brevet FR2859244A1 — publié le 20050304

Piston pour moteur à combustion interne à allumage par compression La présente invention concerne un piston de moteur à combustion interne, et plus particulièrement une chambre de combustion pour moteur à allumage par compression. Un moteur à combustion interne comprend généralement un carter dans lequel est formé au moins un cylindre, une culasse fermant io une extrémité supérieure du cylindre, et un piston destiné à coulisser avec un mouvement alternatif entre deux positions extrêmes dans le cylindre. La culasse comprend des moyens d'admission de gaz et d'injection de carburant entre le piston et la culasse. La culasse comprend également des moyens de refoulement du mélange du carburant et des gaz d'admission, après combustion du carburant. Pour un moteur à allumage par compression, le piston comprend le plus souvent sur une face supérieure orientée vers la culasse une cavité le plus souvent en forme de bol formant une paroi d'une chambre de combustion. On cherche généralement à réduire la consommation en carburant du moteur, et à limiter l'émission de polluants tels que des hydrocarbures imbrûlés. Pour ce faire, on peut améliorer la combustion du carburant en agissant sur la qualité du mélange entre le carburant et les gaz d'admission, en créant entre autre un mélange localement le plus homogène possible. Dans un moteur à allumage par compression, une part importante de la combustion se situe au sein d'un nuage de vapeur de carburant localisé en bout de jet, c'est-à-dire au contact des paroi du bol. La formation de suie se situe d'autant plus dans la partie terminale du nuage de vapeur que la pression d'injection est élevée. L'invention propose un piston pour moteur à combustion interne permettant d'améliorer la combustion de la charge carburée et notamment d'améliorer l'oxydation des suies lors de la combustion. Ce but est atteint par un piston comprenant, sur sa face supérieure, une cavité en forme de bol caractérisé en ce que le bord d'entrée du bol comprend un épaulement sur toute sa périphérie et au moins un bossage formé dans l'épaulement. La présente invention et ses avantages seront mieux compris à l'étude de la description détaillée de modes de réalisation pris à titre io d'exemples non-limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente une vue en coupe du cylindre d'un moteur, comprenant une chambre de combustion selon un aspect de l'invention, - la figure 2 représente une vue de dessus du piston selon un 15 aspect de l'invention, - la figure 3 représente une vue de détails en coupe transversale du piston, - la figure 4 représente une vue de détail et de dessus du piston selon un aspect de l'invention. Sur la figure 1, un carter de moteur 1 comprend au moins un cylindre 2 formé d'un alésage et fermé à une extrémité supérieure par une culasse 4. Un piston 5 coulisse dans l'alésage du cylindre 2, en formant entre la surface supérieure 6 du piston et la culasse 4, une chambre 7 de combustion. La culasse 4 comprend des moyens d'admission de gaz d'admission formés par une conduite débouchant dans la chambre 7 par exemple par deux ouvertures (non représentées). De même, la culasse 4 comprend des moyens de refoulement formés par une conduite d'échappement débouchant dans la chambre 7 par exemple par deux ouvertures (non représentées). Chaque ouverture échappement ou admission est apte à être fermée par une soupape de commande. La culasse 4 comprend également un moyen d'injection de carburant formé par un injecteur 18 placé verticalement et sensiblement au centre de la chambre 7. L'injecteur reçoit à une entrée extérieure le carburant et possède à une extrémité en saillie dans la chambre 7 une tête d'injection 19 apte à pulvériser le carburant sous forme d'une pluralité de jets de fines gouttelettes dans la chambre 7 au moment approprié. lo Lors de la rotation du vilebrequin du moteur, le piston 5 se déplace entre une position de point mort bas éloignée de la culasse 4, et une position de point mort haut proche de la culasse 4. Le piston 5 comprend une tête 20 dont la surface supérieure 6 forme une paroi de la chambre 7, et une jupe 21 améliorant le guidage du 15 piston en translation dans le cylindre 2. L'invention va à présent être décrite en détail en référence aux figures 2 à 3. Selon l'invention, le piston 5 comprend une cavité 50 en forme de bol. Le bol 50 comprend un téton central 30 centré dans le fond du bol 50 20 et dont la hauteur permet d'ajuster le taux de compression. Le bord d'entrée 51 du bol, c'est-à-dire la partie supérieure de l'ouverture du bol 50 comprend un épaulement 52 sur toute la périphérie du bol 50. Cet épaulement appelé également balcon, permet de réduire l'importance des contraintes thermomécaniques au niveau du bord du bol 50. Selon l'invention, au moins un bossage 40 est réalisé dans l'épaulement 52. Ce ou ces bossages 40 ont pour fonction de créer des turbulences aérodynamiques au niveau du bord d'entrée 51 du bol 50. Ces turbulences sont générées dans un mouvement aérodynamique ordonnée S, appelé couramment swirl, et dont l'axe de rotation est parallèle à l'axe du cylindre. Les turbulences aérodynamiques créées par les bossages sont de type sillage et favorisent ainsi le mélange entre l'air et les gouttelettes de carburant à l'extrémité des jets de carburant. Ainsi, des turbulences aérodynamiques sont générées de façon naturelle par les bossages par la vitesse de chasse en fin de phase de compression en en début de combustion. La forme de chaque bossage 40 est telle quelle comprend au 10 moins une surface plane formant un angle déterminé avec la direction du swirl. A titre d'exemple, chaque bossage est formé par un ergot parallélépipédique. Cependant, tout autre forme apte à créer des turbulences aérodynamiques peut être choisie pour réaliser les bossages 40. L'orientation des ergots 40 est choisi en fonction de l'intensité du swirl. Ainsi, plus le swirl est important plus les ergots 40 sont orientés sensiblement perpendiculairement au mouvement de swirl. Au contraire, lorsque le swirl est plus faible l'orientation des ergots 40 est choisie de façon à augmenter les turbulences. En effet, le mouvement aérodynamique de l'air qui se forme dans la chambre de combustion au début de la phase de combustion est une combinaison d'un mouvement de rotation de type swirl et d'un mouvement de chasse dirigé radialement de la périphérie du cylindre vers le bol i l'on se situe avant le point mort haut et dans e sens inverse après le point mort haut. Selon l'important relative de la vitesse tangentielle donnée par le swirl et de la vitesse radiale donnée par l'effet de chasse, l'écoulement au voisinage des bossages 40 sera plus ou moins incliné par rapport à la direction radiale comme les différentes flèches C l'indique sur la figure 4. Ainsi, si le swirl est très faible, le mouvement sera essentiellement radial. Dans ce cas les bossages auront préférentiellement leur surface plane très oblique par rapport à la direction radiale de manière à créer le maximum de turbulence par effet de sillage. Si le swirl est intense, le mouvement sera essentiellement tangentiel. Dans ce cas les bossages auront préférentiellement leur surface plane orienté selon la direction radiale de manière à créer le maximum de turbulence par effet de sillage. Les bossages peuvent être disposée sur toute la circonférence de io l'épaulement. L'espacement des bossages 40 est choisi de sorte qu'un bossage 40 ne soit plus dans le sillage d'un autre bossage 40 de façon à optimiser la formation des turbulences. Lorsque la surface supérieure du piston comprend des embrèvements de soupapes 41 les bossages sont placés entre les zones réservées à l'emplacement des embrèvements 41. Ainsi, la présence des bossages 40 ne risque pas d'endommager les soupapes. 6 REVENDICATIONS 1. Piston (5) destiné à coulisser avec un mouvement alternatif dans un cylindre (2) d'un moteur (1) à combustion interne à allumage par compression, le piston (5) comprenant, sur sa face supérieure (6), une cavité (50) en forme de bol, caractérisé en ce que le bord d'entrée (51) du bol (50) comprend un épaulement (52) sur toute sa périphérie et au moins un bossage (40) formé dans l'épaulement (52). 2. Piston selon la revendication 1, caractérisée en ce que la io forme de chaque bossage (40) est adaptée pour créer des turbulences aérodynamiques de type sillage lors de la préparation du mélange et de la combustion. 3. Piston selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque bossage (40) comprend une surface plane orientée de façon à former un angle déterminé avec le sens d'un mouvement aérodynamique ordonné selon l'axe du piston (5) créé dans la chambre de combustion. 4. Piston selon la revendication 1, caractérisée en ce que la forme de chaque bossage (40) est de forme sensiblement parallélépipédique. 5. Piston selon la revendication 2 caractérisée en ce que chaque bossage (50) est orienté de façon radiale par rapport à l'axe du piston. 6. Piston selon la revendication 2 caractérisée en ce que chaque bossage (40) est formé en dehors de zones réservée pour la réalisation des embrèvements de soupape.