Brevet FR2861431A1 — publié le 20050429

Piston pour chambre de combustion à haute vitesse de combustion La présente invention se rapporte à un piston pour moteur à 5 allumage commandé. Des pistons connus, présentant une surface supérieure dans laquelle une zone en creux est adaptée à former cavité, sont adaptés à coulisser dans un cylindre dont une extrémité est obturée par la face interne d'un élément de culasse. La paroi du cylindre, ladite surface io supérieure et ladite face interne forment une chambre de combustion dans laquelle une commande d'allumage s'étend en saillie de ladite face interne. Une difficulté de conception de ce type de piston associé à un élément de culasse, pour lesquels un injecteur de carburant est monté en saillie de la face interne dudit élément de culasse en regard d'une partie centrale de ladite surface supérieure, réside dans la répartition des masses de carburant dans ladite chambre de combustion pour obtenir une propagation du front de flamme optimale. Ces pistons doivent offrir la possibilité de produire une charge homogène où le carburant est injecté avant que le piston ne soit dans sa position de point mort haut de façon à obtenir une répartition uniforme quand il est dans cette position avant que la commande d'allumage ne soit mise en. oeuvre ou de produire une charge stratifiée où on injectera le carburant dans la position de point mort haut du piston pour confiner la charge. On pourra se référer au document EP 0 881 368 qui décrit un piston associé à la face interne d'un élément de culasse permettant de produire une charge stratifiée mais qui ne permet pas d'obtenir une répartition des masses de carburant équilibrée ni une grande vitesse de combustion du carburant. Un but de la présente invention est alors de fournir un piston qui permet non seulement d'obtenir une répartition équilibrée des masses de 2 2861431 carburant, mais aussi qui permet de produire une charge homogène et/ou stratifiée du carburant. A cet effet, selon un premier objet, la présente invention propose un piston pour moteur à allumage commandé présentant une surface supérieure et un axe de symétrie coupant ladite surface supérieure dans une partie centrale, ladite surface supérieure présentant une zone en creux adaptée à former cavité ; ladite zone en creux présentant deux portions sensiblement symétriques l'une de l'autre par rapport à un plan axial contenant ledit axe de symétrie et qui se rejoignent dans ladite partie io centrale, lesdites portions symétriques étant adaptées à former deux demi-cavités. Ainsi, une caractéristique de l'invention réside dans la symétrie de la chambre de combustion définie par lesdites deux portions, par rapport audit plan axial qui coupe diamétralement ledit piston. Lesdites demicavités ainsi formées qui s'étendent symétriquement dans des directions opposées à partir de ladite partie centrale, permettent non seulement de favoriser le développement du front de flamme dans la chambre de combustion, en fournissant une charge homogène lorsque le carburant est injecté avant que le piston ne soit dans sa position de point mort haut, ce qui augmente la vitesse de combustion, mais aussi de faciliter l'allumage en guidant le carburant vers la commande d'allumage lorsque la charge est stratifiée. Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, lesdites portions symétriques s'étendent longitudinalement, parallèlement audit plan axial et perpendiculairement audit axe de symétrie pour former deux demicavités oblongues. De la sorte, les deux demi-cavités qui s'étendent parallèlement entre elles dans chacune des deux demi-parties de la surface du piston délimitée par ledit plan axial, et la position centrée de la commande d'allumage par rapport à ces deux demi-cavités, favorisent le développement du front de flamme. En outre, comme on l'expliquera dans la suite de la description, les deux demi-cavités sont sensiblement ovales, ce qui favorise plus encore la vitesse de combustion. 3 2861431 Selon un autre mode de mise en oeuvre, des zones de ladite surface supérieure, complémentaires de ladite zone en creux, définissent une surface sensiblement tronconique dont la base correspond à une section droite dudit piston. s Ainsi, la surface supérieure résulte d'une surface initiale de forme générale tronconique dans laquelle on aurait ménagé les deux demi-cavités de part et d'autre du plan axial. De la sorte, lesdites zones de la surface sont conformées de façon complémentaire à la face interne de l'élément de culasse et elles peuvent en être rapprochées dans la position io de point mort haut tandis que la zone en creux forme avec la face interne, la chambre de combustion. Par ailleurs, ladite partie centrale présente une concavité définissant un espace dans lequel ladite commande d'allumage est adaptée à venir s'étendre lorsque le piston est rapproché dudit élément de culasse, dans la position de point mort haut. Ainsi, la concavité qui s'étend dans la partie centrale de la surface supérieure du piston forme des intersections avec les deux demi-cavités de manière à former une seule chambre qui s'étend symétriquement par rapport à la surface supérieure du piston et à la face interne de l'élément de culasse. Selon un mode de réalisation, lesdites deux portions sont séparées l'une de l'autre par une arrête qui s'étend diamétralement. Ainsi, ladite arête qui s'étend selon le plan axial et sépare les deux demi-cavités, permet soit de répartir symétriquement la charge, lorsque le carburant est injecté avant que le piston ne soit dans sa position de point mort haut, soit de guider parfaitement le carburant dans le cas de combustion avec une charge stratifiée. Selon un second objet, la présente invention concerne un moteur à allumage commandé comprenant, un cylindre dont une extrémité est obturée par la face interne d'un élément de culasse, une commande d'allumage s'étendant en saillie de ladite face interne, ledit moteur comprenant un piston tel que décrit ci-dessus selon ledit premier objet. 4 2861431 D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels: s - la Figure 1 est une vue schématique en perspective d'un piston conforme à l'invention; - la Figure 2 est une vue schématique en élévation de dessus du piston illustré sur la Figure 1; - la Figure 3 est une vue schématique en coupe axiale d'un piston io conforme à l'invention, monté à coulissement dans un cylindre dans une position écartée de la face interne d'un élément de culasse; et, - la Figure 4 est une vue schématique en coupe axiale de l'ensemble illustré sur la Figure 3, dans laquelle le piston est dans une position rapprochée de la face interne de l'élément de culasse. ls La Figure 1 illustre un piston 10 conforme à l'invention qui est destiné aux moteurs à essence à injection directe. Ce piston 10 de symétrie circulaire présente une face inférieure 12 qui est adaptée à être reliée par des moyens de liaison non représentés à une bielle, elle-même raccordée à un vilebrequin, non représentés également. Le piston 10 présente également une surface supérieure 14 dont la surface supérieurel6 présente une forme particulière faisant l'objet de l'invention. La surface supérieure 16 présente une première partie 18 constituée de plusieurs zones qui s'étendent sur toute la circonférence et diamétralement en saillie de la surface supérieure 14 en formant une arête 20; première partie 18 qui est complémentaire, dans la surface supérieure 14, d'une zone en creux 22 formant deux demi-cavités, 24, 26. Les deux demi-cavités 24, 26 sont reliées entre elles par une concavité 28 située dans une partie centrale de la surface supérieure 16 et que coupe un axe de symétrie A du piston 10. En outre, la première partie 18 définit une surface moyenne tronconique dont la base correspond au bord circulaire 30 du piston 10. 2861431 La zone en creux 22 est, elle, concave par rapport à la surface moyenne tronconique et une caractéristique de l'invention réside dans sa forme en deux demi-cavités 24, 26 symétriques l'une de l'autre par rapport à un plan axial P et que l'on retrouve illustrées sur la Figure 2 en 5 vue de dessus. Sur cette Figure 2, les deux demi-cavités, 24, 26 définissent deux formes elliptiques qui s'étendent respectivement dans deux demi-parties de la surface supérieure 16 du piston 10 et dont les grands axes sont parallèles entre eux et au plan axial P. Ces deux formes elliptiques sont sensiblement tangentes l'une de l'autre, et elles se rejoignent au niveau de l'arête 20. En outre, on retrouve sur cette Figure 2 la concavité 28 située dans la partie centrale de la surface supérieure 16 et qui s'étend sensiblement circulairement, à cheval sur les deux demi-cavités 24, 26. Les deux demi-cavités 24, 26, définissent deux paraboloïdes elliptiques symétriques l'un de l'autre par rapport au plan axial P qui s'étendent dans des directions parallèles et dont l'intersection avec la surface définie par la première partie 18, sensiblement tronconique, délimite une surface représentant entre 60 et 85% de ladite surface définie par la première partie 18, par exemple 75%. Le piston présentant ces deux demi-cavités 24, 26 est adapté à être monté dans un cylindre 32 pour former une chambre de combustion 34 que l'on décrira maintenant en référence aux Figures 3 et 4. Sur ces Figures 3 et 4, le cylindre 32 est refermé par la face interne 36 d'un élément de culasse 38 et le piston 10 est adapté à coulisser dans ledit cylindre 32, sa surface supérieure 16 en regard de la face interne 36. La face interne 36 présente une surface tronconique complémentaire de la surface supérieure 16 du piston 10 et plus particulièrement de la première partie 18. En outre, une commande d'allumage 40 constituée d'une bougie est montée en saillie de la face interne 36 au centre de la surface qu'elle définit, selon l'axe de symétrie A, et un injecteur 42 débouche, quant à lui 6 2861431 dans la surface de la face interne 36, espacé du centre et au regard d'une des demi-cavités 24. Par ailleurs, ainsi que l'illustre la Figure 4, la concavité 28 située dans la partie centrale de la surface supérieure 16, constitue un espace libre dans lequel la commande d'allumage 40 est au moins partiellement susceptible de s'étendre dans la position de point mort haut du piston 10. De la sorte, non seulement la première partie 18 de la surface supérieure 16 peut être rapprochée de la surface de la face interne 36 sans qu'il y ait contact entre la surface supérieure 16 et la commande d'allumage 40 io mais la commande d'allumage 40 est aussi en saillie dans une extrémité commune des deux demi-cavités 24, 26 constituée par la concavité 28 située dans ladite partie centrale. Ainsi, dans une mise en oeuvre illustrée sur la Figure 3 selon laquelle, tout d'abord on injecte le carburant avant que le piston ne soit parvenu à sa position de point mort haut et où il se mélange à l'air pour former une charge homogène et ensuite où l'on comprime le mélange entre la surface supérieure 16 et la face interne 36 de façon symétrique dans deux demi-chambres de combustion formées respectivement par les deux demicavités 24, 26, tel qu'illustré sur la Figure 4, le front de flamme amorcé par la commande d'allumage 40 se propage symétriquement à partir du centre dans les deux cavités 24, 26 à la fois. De la sorte, grâce également à la forme paraboloïde elliptique des deux cavités 24, 26, la vitesse de combustion du mélange air/carburant est plus élevée. Par ailleurs, dans une mise en oeuvre où le carburant est injecté lorsque le piston 10 est dans la position de point mort haut, telle qu'illustrée sur la Figure 4, et dans laquelle la charge est stratifiée, le carburant étant confiné essentiellement dans l'une des demi-cavités 24, la forme de cette demi-cavité guide parfaitement le carburant vers la commande d'allumage 40 située en regard de la concavité 28. 7 2861431 REVENDICATIONS 1. Piston (10) pour moteur à allumage commandé présentant une surface supérieure (16) et un axe de symétrie (A) coupant ladite surface supérieure (16) dans une partie centrale, ladite surface supérieure (16) présentant une zone en creux (22) adaptée à former cavité ; caractérisé en ce que ladite zone en creux (22) présente deux portions sensiblement symétriques l'une de l'autre par rapport à un plan io axial (P) contenant ledit axe de symétrie (A) et qui se rejoignent dans ladite partie centrale, lesdites portions symétriques étant adaptées à former deux demicavités (24, 26). 2. Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites portions symétriques s'étendent longitudinalement, parallèlement audit plan axial (P) et perpendiculairement audit axe de symétrie (A) pour former deux demi-cavités (24, 36) oblongues. 3. Piston selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que des zones (18) de ladite surface supérieure (16), complémentaires de ladite zone en creux (22), définissent une surface sensiblement tronconique dont la base correspond à une section droite dudit piston (10). 4. Piston selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite partie centrale présente une concavité (28) définissant un espace. 5. Piston selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdites deux portions sont séparées l'une de l'autre par une arrête (20) qui s'étend diamétralement. 6. Moteur à allumage commandé comprenant, un cylindre (32) dont une extrémité est obturée par la face interne (36) d'un élément de culasse (38), une commande d'allumage (40) s'étendant en saillie de ladite face interne (36), caractérisé en ce qu'il comprend un piston selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, adapté à coulisser dans ledit cylindre (32).