Brevet FR2880915A1 — publié le 20060721

MOTEUR DIESEL A COMBUSTION INTERNE A CHAMBRE DE COMBUSTION PRESENTANT UNE FORME DE TYPE "COL SONIQUE" L'invention concerne un moteur diesel à combustion interne à chambre de combustion présentant une forme de type "col sonique". L'invention concerne plus particulièrement les moteurs diesel à injection directe. Dans les nouveaux systèmes d'injection adoptés sur les moteurs diesel à injection directe, les pressions d'injection de carburant sont de plus en plus élevées. Associées à des coefficients de débit des trous d'injection de carburant plus élevés, ces pressions élevées entraînent des pénétrations importantes des jets de carburant dans la chambre de combustion. Or, un contact prématuré du carburant sur les parois de la chambre de combustion, notamment sur les parois du bol usiné dans la tête du piston, ne permet pas un mélange optimal air/ carburant et conduit à une augmentation des émissions de suies et d'hydrocarbures imbrûlés. Afin d'éviter un tel contact, il est alors nécessaire d'augmenter le diamètre des chambres de combustion afin d'augmenter la distance entre la sortie du trou d'injecteur et la paroi. Cette solution n'est toutefois pas satisfaisante pour les moteurs à petits alésages, pour lesquels le diamètre maximal de bol est relativement faible. De plus, à volume constant du bol, l'augmentation du diamètre du bol conduit à une réduction de sa profondeur: il n'est dès lors plus possible d'augmenter le diamètre du bol lorsque la profondeur minimale, nécessaire pour assurer une bonne combustion en évitant le contact entre le jet de carburant et le fond du bol, a été atteinte. Par ailleurs, au cours de la combustion, le mélange air/ carburant au moment de l'auto-inflammation n'est pas homogène, en particulier lorsque la charge du moteur est élevée, car la combustion de diffusion est alors de plus en plus importante. Le jet de carburant n'a pas eu le temps de se vaporiser qu'il subit déjà une forte température environnante. Ce phénomène conduit à une cokéfaction du carburant qui se retrouve sous forme d'émissions de suies. Les solutions actuelles consistent à homogénéiser davantage le mélange en favorisant la phase de pré-mélange par rapport à la phase de diffusion, par exemple en brûlant toute la masse de carburant introduite dans la phase de pré-mélange. Ceci permet de supprimer les émissions de suies, mais ce type de fonctionnement s'avère limité en charge pour des raisons de bruit de 2880915 2 combustion. En effet, la combustion a alors lieu "en bloc", et le bruit est d'autant plus important que la masse injectée est importante. L'invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un moteur dont les chambres de combustion sont conformées de manière à limiter la pénétration du carburant dans la chambre afin d'éviter le contact avec la paroi de la chambre, et à améliorer le mélange air/carburant au coeur du jet de carburant. Une meilleure combustion est ainsi obtenue, qui permet de limiter les émissions polluantes. A cet effet, l'objet de l'invention concerne un moteur diesel à combustion interne comprenant au moins un cylindre fermé par une culasse pourvu d'un piston mobile en va et vient et d'une chambre de combustion formée entre la culasse et la tête du piston usinée en forme de bol, la chambre comportant au moins un injecteur de carburant monté sur la culasse pourvu d'une pluralité de trous d'injection du carburant dans la chambre, caractérisé en ce que, dans la chambre de combustion, la culasse et le bol du piston sont conformés de manière à présenter sensiblement dans les directions d'écoulement des jets de carburant des parties sensiblement en forme de tuyère convergente puis divergente dans ces directions d'écoulement du carburant. La chambre de combustion présente ainsi une forme de type "col sonique", qui permet d'amplifier la vaporisation des jets de carburant et par conséquent de favoriser le mélange air/carburant. De plus, les jets de carburant perdent suffisamment de vitesse en traversant le col pour ne pas atteindre la paroi de la chambre située en regard du jet. Avantageusement, les parties sensiblement en forme de tuyère sont sensiblement symétriques par rapport aux axes des directions d'écoulement des jets de carburant. Dans un mode de réalisation, la paroi inférieure de chaque partie en forme de tuyère est formée par deux parois d'une protubérance centrale formée dans le bol et saillant sensiblement suivant l'axe du piston en direction de l'injecteur, ces parois étant inclinées entre elles, et la paroi supérieure de chaque partie en forme de tuyère est formée par deux parois de la culasse inclinées entre elles. Plus particulièrement, la chambre est pourvue d'un seul injecteur disposé sensiblement le long de l'axe du cylindre, et les parois inclinées de la culasse et du bol du piston de la chambre présentent une symétrie 2880915 3 de révolution par rapport à l'axe du cylindre. Le bol et la culasse peuvent ainsi être aisément réalisés par usinage. Avantageusement, le moteur comprenant au moins une soupape d'admission et au moins une soupape d'échappement montées sur la culasse et débouchant dans la chambre, les soupapes d'admission et d'échappement de la chambre sont montées sur la culasse de manière à déboucher au niveau des zones divergentes des parties sensiblement en forme de tuyère. Avantageusement, chaque partie sensiblement en forme de tuyère présente un col entre le convergent et le divergent, dont la section présente une dimension choisie de sorte que le cône de chaque jet de carburant affleure la surface du col. Cette configuration crée des instabilités aérodynamiques favorables à la pulvérisation du carburant, réduisant ainsi la formation de suies. De plus, on évite également la formation de dépôt de carburant au niveau du col de chaque partie en forme de tuyère. L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe d'une partie de la chambre de combustion d'un moteur selon l'invention; - la figure 2 est une vue identique à la figure 1 sur laquelle est représentée le jet de carburant au début, au milieu et à la fin de la phase d'injection. Sur la figure 1 est représentée la chambre de combustion 1 associée à un cylindre non représenté d'un moteur diesel à combustion interne selon l'invention. La chambre de combustion 1 est délimitée d'une part par le bol 2 usiné dans la tête du piston 3 se déplaçant en va et vient dans le cylindre, et d'autre part par la culasse 4. Sur les figures, le piston 3 est représenté en position extrême haute. La chambre de combustion 1 comprend un injecteur de carburant 5 monté sur la culasse 4 et débouchant dans la chambre de combustion. Cet injecteur 5 est unique et disposé sensiblement suivant l'axe D du piston. L'extrémité de l'injecteur 5 est pourvue d'une pluralité de trous d'injection de carburant 6 desquels sortent des jets de carburant 7 (un seul jet de carburant 7 est représenté sur la figure 2). 2880915 4 La culasse 4 et le bol 2 sont conformés de manière à présenter sensiblement dans les directions d'écoulement de chaque jet 7 de carburant une partie sensiblement en forme de tuyère. Dans les directions d'écoulement du carburant, d'axe E, ces parties comprennent une partie convergente suivie d'une partie divergente de manière à former une forme de type "col sonique". A cet effet, dans l'exemple, la culasse 4 présente deux parois adjacentes 4a, 4b inclinées l'une par rapport à l'autre. La première paroi 4a, située à proximité de l'injecteur, est inclinée par rapport à un plan contenant l'axe D du cylindre, la deuxième paroi 4b s'étend sensiblement perpendiculairement à l'axe D du cylindre. Le bol 2 du piston comprend une protubérance centrale 8 saillant du fond du bol en direction de la culasse sensiblement dans la direction de l'axe D du cylindre. Cette protubérance centrale présente deux parois adjacentes 8a, 8b inclinées l'une par rapport à l'autre. La première paroi 8a, située sensiblement en dessous de l'injecteur, s'étend sensiblement perpendiculairement à l'axe D du cylindre. La deuxième paroi 8b relie la paroi 8a au fond du bol 2. Les parois de la culasse 4a et du piston 8a forment la partie convergente de la partie en forme de tuyère, tandis que les parois de la culasse 4b et du piston 8b forment la partie divergente de la partie en forme de tuyère. La zone de jonction entre les parties convergente et divergente forme un col 9 par lequel passe le carburant. Dans cet exemple, l'injecteur étant unique et en position centrale, la culasse 4 et le bol 2 présentent une symétrie de révolution par rapport à l'axe D du cylindre. Ainsi, la paroi 4a de la culasse est conique, de même que la paroi 8b du bol. Pour une meilleure efficacité, les parois 4a, 8a d'une part, et les parois 4b, 8b d'autre part sont symétriques par rapport à l'axe E de chaque jet 7 de carburant, les trous 6 d'injecteur étant placés sur un cône d'angle d'ouverture (ou angle de nappe) prédéterminé. En raison de la symétrie de la chambre et de l'injecteur, les formes des parois de la culasse et du bol permettant d'obtenir les parties en forme de tuyère sont simples à réaliser dans l'exemple représenté. Bien entendu, des formes plus complexes peuvent être réalisées dans le cas d'une chambre ne présentant pas de symétrie de révolution. 2880915 5 Les soupapes 10 d'admission ou d'échappement de la chambre de combustion sont montées sur la culasse 4 de manière à déboucher au niveau des zones divergentes des parties sensiblement en forme de tuyère. Dans l'exemple, une soupape 10 est située au niveau de la paroi horizontale 4b de la culasse. Sur la figure 2, est représentée la progression du jet de carburant 7 au travers de la partie en forme de tuyère. La référence 7 désigne le jet de carburant au début de la phase d'injection, la référence 7', le jet au milieu de la phase d'injection, et la référence 7", le jet à la fin de la phase d'injection. Au début de la phase d'injection, le jet de carburant 7 crée une surpression au niveau de la partie convergente qui entraîne une augmentation de la vitesse de l'air dans la zone du col 9. Au milieu de la phase d'injection, lors du passage du jet de carburant 7' à travers la restriction formée par le col 9, le flux d'air est accéléré et une dépression se crée. Cette dernière va conduire à une vaporisation amplifiée du jet de carburant et à un meilleur mélange avec l'air environnant. A la fin de la phase d'injection, le jet de carburant 7" décélère en s'épanouissant. Compte tenu de la pénétration limitée du jet, ce dernier n'atteint pas la paroi opposée du bol. 6 REVENDICATIONS 1. Moteur diesel à combustion interne comprenant au moins un cylindre fermé par une culasse (4) pourvu d'un piston (3) mobile en va et vient et d'une chambre de combustion (1) formée entre la culasse (4) et la tête du piston usinée en forme de bol (2), la chambre (1) comportant au moins un injecteur (5) de carburant monté sur la culasse (4) pourvu d'une pluralité de trous d'injection (6) du carburant dans la chambre, caractérisé en ce que, dans la chambre de combustion, la culasse (4) et le bol (2) du piston sont conformés de manière à présenter sensiblement dans les directions d'écoulement des jets (7) de carburant des parties sensiblement en forme de tuyère convergente puis divergente dans ces directions d'écoulement du carburant. 2. Moteur diesel selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parties sensiblement en forme de tuyère sont sensiblement symétriques par rapport aux axes (E) des directions d'écoulement des jets (7) de carburant. 3. Moteur diesel selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la paroi inférieure de chaque partie en forme de tuyère est formée par deux parois (8a, 8b) d'une protubérance centrale (8) formée dans le bol (2) et saillant sensiblement suivant l'axe (D) du piston en direction de l'injecteur, ces parois (8a, 8b) étant inclinées entre elles, et en ce que la paroi supérieure de chaque partie en forme de tuyère est formée par deux parois (4a, 4b) de la culasse inclinées entre elles. 4. Moteur diesel selon la revendication 3, caractérisé en ce que la chambre (1) est pourvue d'un seul injecteur (5) disposé sensiblement le long de l'axe (D) du cylindre, et en ce que les parois inclinées (4a, 4b) de la culasse et (8a, 8b) du bol du piston de la chambre présentent une symétrie de révolution par rapport à l'axe (D) du cylindre. 5. Moteur diesel selon l'une des revendications 1 à 4, comprenant au moins une soupape (10) d'admission et au moins une soupape (10) d'échappement montées sur la culasse et débouchant dans la chambre, caractérisé en ce que les soupapes (10) d'admission et d'échappement de la chambre sont montées sur la culasse de manière à déboucher au niveau des zones divergentes des parties sensiblement en forme de tuyère. 2880915 7 6. Moteur diesel selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque partie sensiblement en forme de tuyère présente un col (9) entre le convergent et le divergent, dont la section présente une dimension choisie de sorte que le cône de chaque jet (7) de carburant affleure la surface du col.