Brevet FR2864152A1 — publié le 20050624

L'invention concerne les moteurs à combustion interne, à allumage commandé ou à allumage par compression, suralimentés ou non. Elle concerne plus précisément la forme de la chambre de combustion de ces moteurs. Afin d'améliorer le rendement des moteurs à combustion interne de véhicule, une solution consiste à augmenter le taux de compression en réduisant le volume mort de chaque chambre de combustion, à savoir le volume de la chambre au point mort haut. Cette modification est une solution relativement peu coûteuse qui permet de gagner de 2 à 3% sur le rendement indiqué par point de taux. Néanmoins, l'augmentation du rapport volumétrique des moteurs à allumage commandé est limitée par le phénomène d'auto-inflammation qui commence à apparaître pour des rapports volumétriques de 10. Il est donc souhaitable de pouvoir réduire le volume de la chambre de combustion sans accroître la sensibilité au cliquetis. De façon générale, la réduction du volume mort d'une chambre à quatre chasses est obtenue par ajout de matière sur le piston. L'ajout de matière sur le piston constitue un obstacle à la propagation de la flamme et réduit ainsi sa vitesse de propagation. Il en résulte des échanges accrus aux parois par l'impact prématuré sur le piston. Il en résulte également un rendement de forme dégradé, ce qui a pour effet d'une part de dégrader le rendement indiqué, d'autre part d'accroître la sensibilité du moteur au cliquetis. Par ailleurs, la présence de chasses a pour inconvénient de dégrader la perméabilité d'admission et donc le remplissage du moteur. On connaît néanmoins du document EP-151 102 un moteur dans lequel des chasses inclinées sont prévues dans les chambres de combustion. Une telle configuration permet d'améliorer le comportement à pleine charge du moteur grâce à l'augmentation de la perméabilité de la culasse, ce qui a un effet bénéfique sur le remplissage. Cette amélioration est également due à l'augmentation de la turbulence locale sous l'effet de l'aspiration des gaz dans la zone des chasses en début de détente, qui a pour effet d'accélérer la fin de la combustion, et donc de repousser l'apparition du cliquetis. Un but de l'invention est de proposer un moteur d'un type différent, et notamment d'augmenter le taux de compression pour améliorer le rendement. A cet effet, on prévoit selon l'invention un moteur pour véhicule comprenant au moins un piston présentant une face circonférentielle inclinée définissant une chambre de combustion, le piston présentant une face plane contiguë à la face inclinée et plus proche d'un axe principal du piston que la face inclinée. Ainsi, l'invention permet d'augmenter le taux de compression sans dégrader le comportement vis-à-vis du cliquetis. En effet, la face plane permet une rehausse du piston qui permet de gagner du volume au centre de la chambre de combustion. II en résulte une augmentation de la compacité de la chambre. Cette modification a pour effet d'améliorer la phase de propagation et de réduire ainsi la sensibilité au cliquetis. Par opposition au document EP-151 102 par lequel on cherchait à accélérer la fin de la combustion, on vise ici davantage la phase de propagation et l'augmentation du taux de compression pour améliorer le rendement indiqué. L'invention permet de gagner du volume dans le piston tout en conservant une forme de chambre favorable à la combustion. Le moteur selon l'invention pourra présenter en outre au moins l'une quelconque des caractéristiques suivantes: - la face plane a une forme générale annulaire; - la face circonférentielle a une forme sensiblement tronconique; - il comprend une culasse présentant une face circonférentielle parallèle à la face circonférentielle du piston et en regard de celle-ci; - le piston présente une cavité centrale contiguë à la face plane; - la cavité a une forme courbe en section axiale, et de préférence a une forme générale sensiblement sphérique; - la cavité présente un fond plat; - il s'agit d'un moteur à allumage commandé ; et il s'agit d'un moteur à allumage par compression. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description suivante d'un mode préféré de réalisation et d'une variante donnés à titre d'exemples non limitatifs en référence aux dessins annexés sur lesquels: - les figures 1 et 2 sont deux vues partielles en section axiale d'une chambre de combustion d'un moteur selon l'invention et d'une variante 10 respectivement; et - les figures 3 à 6 sont des courbes illustrant les caractéristiques du fonctionnement du moteur selon l'invention par opposition avec un moteur conventionnel. On a illustré à la figure 1 un mode préféré de réalisation d'un moteur 15 2 selon l'invention. Il s'agit ici d'un moteur à combustion interne à allumage commandé. Le moteur 2 comprend un bloc-cylindres 4 et une culasse 6 fixée au bloccylindres. Le bloc-cylindres présente des logements de piston recevant des pistons 8 montés mobiles à coulissement suivant une direction 10 constituant un axe principal du piston. Pour chaque piston 8, le piston, le bloc-cylindres 4 et la culasse 6 forment une chambre de combustion 12 dans laquelle débouche une bougie 14 d'allumage du mélange. La bougie 14 est fixée en partie supérieure de la chambre, dans la culasse 6. La culasse 6 présente des orifices d'admission et d'échappement 25 agencés d'une façon connue en soi et qui ne sera pas décrite ici. Ces orifices sont associés à 4 soupapes non illustrées. La face 16 de la culasse définissant la chambre de combustion a une forme de toit tronconique. Cette face s'étend jusqu'à une zone périphérique circonférentielle de la chambre de combustion. Le piston 8 présente une face supérieure périphérique circonférentielle 18 également de forme tronconique et, tout comme la face 16, contiguë au bloc-cylindres 4. Cette face est inclinée vers l'extérieur de la chambre 22, c'est-à-dire en direction opposée à l'axe 10. Les deux faces tronconiques ont même angle au sommet, sont en regard l'une de l'autre et parallèles l'une à l'autre. Le piston présente en outre une face supérieure 20 contiguë à la face inclinée 18 et plus proche de l'axe 10 que la face 18. En l'espèce, la face 20 est plane et perpendiculaire à l'axe 10. Cette face a une forme générale annulaire. Le piston comprend enfin une cavité centrale 22 délimitée par une face 24 qui a en l'espèce une forme sensiblement sphérique et en section une forme courbe en arc de cercle. La face 24 est contiguë à la face plane 20 et est interceptée par l'axe 10. Elle se trouve en regard de la bougie 14. Elle forme un bol. On a illustré à la figure 3 l'évolution de la position angulaire du vilebrequin à laquelle 10% de la charge est brûlée (CA10) moins l'avance à l'allumage (AA) en fonction de l'avance à l'allumage (AvA) mesurée suivant la position angulaire du vilebrequin en degrés lors de la phase d'allumage. De même, on a illustré à la figure 4 l'évolution de la position angulaire du vilebrequin à laquelle 50% de la charge est brûlée (CA50) moins sa position à laquelle 10% de la charge est brûlée (CA10) en fonction de l'avance à l'allumage lors de la phase de propagation. Sur ces deux courbes, on a illustré la courbe correspondant au moteur de la figure 1 et d'autre part une courbe correspondant à un moteur classique. Le moteur de la figure 1 permet d'améliorer la phase de propagation, notamment en raison de la forme quasi-sphérique du bol de piston, ce qui permet en outre de repousser le cliquetis. On observe notamment une accélération de la première phase de la combustion constituée par l'initiation et la propagation grâce à cette forme de piston plus favorable à l'expansion de la flamme. On a illustré à la figure 5 des courbes analogues à celles de la figure 4 et concernant la phase de fin de combustion. Ainsi, la figure 5 illustre l'évolution de la position angulaire du vilebrequin à laquelle 90% de la charge est brûlée (CA90) moins CA50. Comme le montre cette figure, la nouvelle forme du piston en revanche a très peu d'effet sur la fin de la combustion de sorte que le comportement du moteur est très proche de celui du moteur conventionnel. Cela se traduit par un rapport (CA90-CA50) / (CA50-CA10) plus élevé dans le cas du moteur selon l'invention comme illustré à la figure 6 qui illustre l'évolution de ce ratio en fonction de l'avance à l'allumage AvA. La tendance observée sur un moteur de l'art antérieur tel que celui du document précité est inverse. On observe une accélération de la fin de la combustion et peu d'effet sur la phase de propagation. Il en résulte un ratio CA90-CA50 I CA50-CA10 inférieur. Comme on le voit dans la chambre 22 du moteur de la figure 1, on profite de la rehausse du piston que permet l'inclinaison des quatre chasses définies entre les faces 16 et 18 en regard pour modifier la forme du piston et augmenter le taux de compression. Il s'ensuit des gains sur le volume qui peuvent ensuite être exploités au moyen d'une lentille plus creuse au centre du piston comme illustré à la figure 1. Le moteur selon l'invention offre donc une possibilité d'augmentation du taux de compression, ce qui permet des gains sur la consommation de carburant. L'invention associée au principe des chasses inclinées permet de remédier aux deux problèmes constitués par l'obstacle à la propagation de la flamme et la dégradation de la perméabilité à l'admission. En effet, l'inclinaison des chasses permet de rehausser la partie périphérique du piston et d'en creuser la partie centrale, ce qui résout le premier problème. Le deuxième avantage est le gommage de l'obstacle que représentent les chasses pour l'écoulement d'air d'admission par inclinaison de cette zone. Pour la fabrication de ce moteur, on réalise la chambre par un usinage de la culasse 6 centré sur l'axe 10 du cylindre. L'usinage de la face circonférentielle 18 du piston est effectué avec le même angle d'inclinaison de manière à disposer d'une zone parallèle à la culasse sur la périphérie permettant de ménager les chasses inclinées. On réalise également une zone creuse au centre. Avec une position identique du joint de culasse par rapport à l'art antérieur, l'inclinaison des chasses permet une réduction importante du volume du piston dans sa périphérie. Le prolongement de la face inclinée circonférentielle 18 par la face plane 20 permet de gagner encore davantage sur le volume. L'invention peut être mise en oeuvre suivant plusieurs versions. On peut ainsi mettre en oeuvre une version en taux de 11 avec un piston creux pour un fonctionnement atmosphérique. On pourra également mettre en oeuvre une version en taux proche de 10 avec un piston plus creux pour les applications suralimentées. Comme illustré à la figure 2, on peut également envisager un piston de type baignoire au lieu d'un piston lenticulaire comme cela est illustré à la figure 1. Un piston de type baignoire est utile pour les cas où la hauteur du piston serait insuffisante. Dans ce cas, la cavité 22a présente un fond plat 30 tandis que son bord 32 contigu à la face plane 20 a une forme par exemple tronconique. Cette solution pourrait être reconduite sur différents angles de Vé. Naturellement, certaines des faces qui ont été décrites ci-dessus peuvent être interceptées et interrompues par d'autres volumes conformément aux nécessités habituelles de configuration des différentes parties formant la chambre de combustion. Il s'agit d'aspects connus en eux-mêmes qui ne seront pas décrits ici. Les faces 16, 18 et 20 en particulier seront en général discontinues. Bien entendu, on pourra apporter à l'invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci. 7 REVENDICATIONS 1. Moteur (2) pour véhicule comprenant au moins un piston présentant une face circonférentielle inclinée (18) définissant une chambre de combustion (22), caractérisé en ce que le piston présente une face plane (20) contiguë à la face inclinée et plus proche d'un axe principal (10) du piston que la face inclinée. 2. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la face plane (20) a une forme générale annulaire. 3. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la face circonférentielle (18) a une forme sensiblement tronconique. 4. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une culasse (6) présentant une face circonférentielle (16) parallèle à la face circonférentielle (18) du piston (8) et en regard de celle-ci. 5. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le piston (8) présente une cavité centrale (22; 22a) contiguë à la face plane (20). 6. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la cavité (22) a une forme courbe en section axiale, et de préférence a une forme générale sensiblement sphérique. 7. Moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la cavité (22a) présente un fond plat (30). 8. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un moteur à allumage commandé. 9. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 5 caractérisé en ce qu'il s'agit d'un moteur à allumage par compression.