Brevet FR2891018A1 — publié le 20070323

Piston destiné à un moteur à combustion interne La présente invention se rapporte à un piston notamment destiné à un moteur notamment à un moteur à injection directe Diesel, et à un moteur à combustion interne incorporant un tel piston. Classiquement, les moteurs Diesel comprennent plusieurs cylindres fermés par une culasse, cylindres à l'intérieur desquels des pistons coulissent entre deux positions extrêmes, dites point mort haut et point mort bas D. En fonction du régime moteur par exemple, la position du piston durant l'injection peut donc varier. Ainsi, la diffusion du carburant n'est pas toujours optimale et l'effet de la forme de la base supérieure du piston peut alors être diminué. Il est donc nécessaire de faire un compromis entre l'angle d'injection optimal à bas régime et l'angle d'injection optimal à haut régime pour choisir l'angle d'injection du carburant dans le cylindre entre les bas régimes et les régimes élevés. Il en résulte une diffusion imparfaite du carburant dans le cylindre et donc une inflammation non homogène du mélange air/carburant. Le but de l'invention est de proposer un dispositif d'injection permettant de réaliser un mélange sensiblement identique dans le cylindre d'un moteur Diesel, indépendamment du régime moteur. On atteint ce but de l'invention au moyen d'un piston destiné à un moteur à combustion interne comportant une tête de piston terminée par une base supérieure destinée à fermer une chambre de combustion dudit moteur, remarquable en ce qu'un orifice d'injection débouche sur ladite base supérieure de ladite tête de piston. Ainsi, comme on le verra plus en détails par la suite dans la description, le carburant injecté via l'orifice d'injection présente une trajectoire constante par rapport au piston, indépendamment de la vitesse de rotation du moteur. De préférence, ledit orifice d'injection est disposé dans un bol creusé dans ladite base supérieure et délimité par une paroi latérale et un fond. De manière préférée, un bossage est formé à l'intérieur dudit bol. De préférence, ledit orifice d'injection débouche à la surface dudit bossage. De manière préférée, ledit orifice d'injection débouche radialement à la surface dudit bossage. De préférence, ledit orifice d'injection débouche en regard de ladite paroi latérale dudit bol. Ainsi, de manière avantageuse, le carburant injecté se mélange de manière homogène à l'air présent dans le cylindre. De manière préférée, le piston comporte des moyens pour mettre sélectivement en communication ledit orifice d'injection et un orifice d'alimentation apte à être mis en communication de fluide avec une alimentation en carburant. De préférence, lesdits rnoyens de mise en communication sélective dudit orifice d'injection avec ledit orifice d'alimentation en carburant comportent un organe obturateur monté coulissant dans une cavité apte à être en communication de fluide avec ledit orifice d'injection et ledit orifice d'alimentation en carburant, entre une position de passage dudit carburant et une position de blocage dudit carburant dans ladite cavité. De manière préférée, le coulissement dudit organe obturateur est commandé par l'injection dudit carburant sous pression qui pousse ledit organe obturateur dans sa position de passage contre l'effet d'un ressort de compression par pression sur une surface dudit organe obturateur. L'invention se rapporte également à un moteur à combustion interne comprenant des moyens de dosage du carburant à injecter, des moyens de mise sous pression dudit carburant à injecter et des moyens pour injecter ledit carburant à injecter, remarquable en ce que ledit moteur comporte au moins un piston tel que décrit ci-avant dans toutes ses combinaisons et en ce que lesdits moyens pour injecter ledit carburant à injecter sont aptes à être mis en communication de fluide avec ledit orifice d'injection. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description du mode de réalisation préféré qui va suivre, présenté uniquement à titre d'exemple non limitatif, en référence aux figures ci-annexées dans lesquelles: - la figure 1 représente en coupe un piston selon l'invention; - la figure 2 représente un agrandissement d'un détail de la figure 1; et - la figure 3 représente schématiquement un système d'injection pour moteur Diesel selon l'invention. Le piston 10 représenté sur la figure 1, est apte à coulisser selon l'axe géométrique Al dans un cylindre 12 fermé par une culasse 14. Le cylindre 12 est partiellement entouré d'un circuit de refroidissement 15 du cylindre 12 par circulation d'eau. Ce piston 10 comporte notamment une tige de piston 16 montée, à une première extrémité, à rotation sur l'arbre à came du moteur (non représenté) et, à l'autre extrémité, à rotation par rapport à une tête de piston 18. De préférence, cette tête de piston 18 est de forme générale cylindrique, et, de préférence encore, à symétrie de révolution par rapport à l'axe Al. Le tête de piston 18 délimite avec la culasse 14 et le cylindre 12 une chambre de combustion 19. La tête de piston 18 est délimitée par une paroi latérale externe 20 et terminée d'une part par une base inférieure 22 orientée vers la tige de piston 16, et, d'autre part, par une base supérieure 24 opposée à la base inférieure 22. Dans cette base supérieure 24 est creusé un bol 26 qui est de préférence à symétrie de révolution autour de l'axe géométrique Al et délimité par une paroi latérale 28 et un fond 30. Le fond 30 du bol 26 présente un bossage 32, ou téton, de préférence central et, en l'espèce, à symétrie de révolution par rapport à l'axe Al. Cette forme particulière de la tête de piston 18 permet d'améliorer la diffusion du carburant injecté dans la chambre de combustion 19. Cette meilleure diffusion du carburant dans la chambre de combustion 19 améliore l'homogénéisation et donc l'inflammation du mélange qui est plus régulière. Un autre avantage de ce système d'injection est remarquable dans le cas des procédés d'injections tardives et/ou retardées, réalisées alors que le piston est dans sa phase descendante après que le mélange air/carburant se soit enflammé. En effet, dans ce cas, cette forme de la tête de piston 18 évite qu'une partie du carburant injecté au cours de ces injections tardives et/ou retardées se propage directement sur la chemise du cylindre où elle se diluerait dans l'huile en la souillant. La base supérieure 24 est donc constituée de la paroi latérale 28 et du fond 30 du bol 26, ainsi que de la surface 34 à l'extérieur du bol 26, délimitée par le bord 36 de la paroi latérale externe 20 de la tête de piston 18 d'une part et par le bord supérieur 38 de la paroi latérale 28 du bol 26 d'autre part. A l'intérieur de la tête de piston 18 est formé un conduit interne 39, formé d'une branche principale 40 débouchant sous la forme d'un orifice d'alimentation 41 au niveau de la base inférieure 22 de ladite tête de piston 18, d'une pluralité de branches secondaires 44 qui débouchent, de préférence radialement, au niveau du téton 32 sous la forme d'orifices d'injection 45, en regard de la paroi latérale 28 du bol 26 et d'une cavité 42 ménagée dans le piston 10 et en communication de fluide avec la branche principale 40 et les branches secondaires 44. Le diamètre et le nombre des branches secondaires 44 et donc des orifices d'injection 45 sont, de préférence, sensiblement égaux au diamètre et au nombre de trous d'un nez d'injecteur d'un dispositif d'injection directe classique, implanté dans la culasse selon l'art antérieur. La cavité 42, de forme sensiblement cylindrique d'axe Al, présente une gorge annulaire 46 au niveau de laquelle la branche principale 40 débouche dans la cavité 42, la gorge annulaire 46 séparant une chambre cylindrique inférieure 42a, c'est-à-dire orientée vers la base inférieure 22 de la tête de piston 18, et une chambre cylindrique supérieure 42b, c'est-à-dire orientée vers la base supérieure 24 de la tête de piston 18, les diamètres intérieurs des chambres cylindriques inférieure 42a et supérieure 42b étant sensiblement identiques. A l'intérieur de la cavité 42, une aiguille 48 est disposée, cette aiguille 48 étant apte à coulisser dans la cavité 42. L'aiguille 48 présente une partie inférieure 48a de plus grande section apte à coulisser de manière étanche dans la chambre inférieure cylindrique 42a, et une partie supérieure 48b de plus faible section apte à coulisser dans la chambre cylindrique supérieure 42b de la cavité 42 en laissant libre un volume annulaire 50 dans la cavité 42 autour de la partie supérieure 48b de l'aiguille. Les deux parties inférieure 48a et supérieure 48b de l'aiguille sont reliées par une partie tronconique de jonction 48c. L'aiguille 48 est apte à coulisser selon l'axe Al entre deux positions extrêmes: dans sa position basse ou position de passage du carburant dans la cavité 42 , représentée à figure 2, l'aiguille 48 permet la communication de fluide entre le conduit principal 40 et les conduits secondaires 44; et dans sa position haute ou position de blocage du carburant dans la cavité 42 , représentée à la figure 1, l'aiguille 48 coupe la communication de fluide entre le conduit principal 40 et les conduits secondaires 44. L'aiguille 48 est montée sur un ressort de compression 52 fixe par rapport à la tête de piston 18. Une première soupape 54 ou soupape d'admission empêche ou au contraire permet la communication entre le conduit d'admission d'air (non représenté) et la chambre de combustion 19 du cylindre 12. De manière analogue, une deuxième soupape 56 ou soupape d'échappement permet ou empêche la communication entre le conduit d'échappement d'air (non représenté) et la chambre de combustion 19 du cylindre 12. Un tuyau d'alimentation 58 souple est monté en communication de fluide avec le conduit principal 40. Cette conduite d'alimentation 58 est apte à mettre en communication de fluide un dispositif d'alimentation 60 et le conduit principal 40 ménagé dans la tête de piston 18. Le dispositif d'alimentation 60 doit être apte à réaliser au moins les trois fonctions suivantes: a) le dosage du carburant à injecter dans le cylindre 12; b) la mise sous pression instantanée du carburant à injecter; et c) l'injection de carburant sous pression dans le cylindre 12, à partir d'un instant donné et durant un temps prédéfini, via les orifices d'injection 45 du piston 10. On connaît plusieurs exemples de dispositifs remplissant ces trois fonctions, notamment les pompes distributrices. Le piston 10, le cylindre 12, la culasse 14 et le dispositif d'alimentation sont des éléments constitutifs d'un moteur à combustion interne 62, de préférence un moteur Diesel. Le fonctionnement et les avantages du piston 10 selon l'invention découlent directement de la description qui vient d'en être réalisée. Une injection de carburant est commandée par le dispositif d'alimentation 60. Celui-ci envoie du carburant sous pression dans le conduit principal 40 via la conduite souple 58. Ce carburant parvient dans la cavité 42 alors que le ressort de compression 52 maintient l'aiguille 48 dans sa position haute de blocage du carburant dans la cavité 42, c'est-à-dire dans sa position de coupure de la communication entre le conduit principal 40 et les conduits secondaires 44. Le carburant étant injecté sous pression exerce un effort sur l'aiguille 48 au niveau de sa partie tronconique 48c qui s'oppose à la force du ressort de compression 52. Le ressort de compression est, de préférence, dimensionné de telle sorte que l'effort exercé par la pression du carburant sur la partie tronconique 48c de l'aiguille est supérieure à l'effort du ressort 52. Ainsi, avantageusement, lorsque le dispositif d'alimentation injecte du carburant dans la cavité 42, l'aiguille 48 coulisse, sous l'effet du carburant injecté, vers sa position basse de passage du fluide dans la cavité 42, entre le conduit principal 40 et les conduits secondaires 44. Le carburant s'écoule alors jusqu'aux l'orifices d'injections 45. Ainsi, quelle que soit la vitesse du piston 10, le mouvement du carburant injecté par rapport à la tête de piston 18 est sensiblement identique, le carburant étant toujours injecté en direction de la paroi latérale 28 du bol 26, et cela quelque soit le régime moteur. La trajectoire du carburant injecté dans le bol 26 est schématiquement représentée figure 1 par les flèches F1 et F2. Une fois l'injection de carburant effectuée par le dispositif d'alimentation 60, il ne s'écoule plus de carburant sous pression dans le conduit principal 40 ni dans la cavité 42. Dans ce cas, l'effort exercé par le ressort de compression 52 fait coulisser l'aiguille 48 dans sa position de blocage du carburant dans la cavité 42, autrement dit dans sa position de coupure de la communication entre le conduit principal 40 et les conduits secondaires 44. De préférence, l'aiguille 48 atteint sa position haute de blocage avant l'auto inflammation du mélange air/carburant dans la chambre de combustion 19. Bien entendu la présente invention ne se réduit pas au mode de réalisation présenté ci-avant à titre d'exemple illustratif et non limitatif et de nombreuses modifications sont possibles sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, le piston peut ne pas présenter de bol comme dans l'exemple décrit. Enfin, bien que l'exemple présenté corresponde à une mise en oeuvre particulièrement avantageuse, la disposition des conduits secondaires peut être différente, sans sortir du cadre de l'invention. On peut ainsi imaginer n'avoir qu'un orifice d'injection unique et que celui-ci ne soit pas disposé en regard de la paroi latéral du bol mais au contraire en regard de la culasse par exemple. REVENDICATIONS 1. Piston (10) destiné à un moteur à combustion interne (62) comportant une tête de piston (18) terminée par une base supérieure (24) destinée à fermer une chambre de combustion (19) dudit moteur (62), caractérisé en ce qu'un orifice d'injection (45) débouche sur ladite base supérieure (24) de ladite tête de piston (18). 2. Piston (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit orifice d'injection (45) est disposé dans un bol (26) creusé dans ladite base supérieure (24) et délimité par une paroi latérale (28) et un fond (30). 3. Piston (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un bossage (32) est formé à l'intérieur dudit bol (26). 4. Piston (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit orifice d'injection (45) débouche à la surface dudit bossage (32). 5. Piston (10) selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit orifice d'injection (45) débouche radialement à la surface dudit bossage (32). 6. Piston (10) selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que ledit orifice d'injection (45) débouche en regard de ladite paroi latérale (28) dudit bol (26). 7. Piston (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour mettre sélectivement en communication ledit orifice d'injection (45) et un orifice d'alimentation (41) apte à être mis en communication de fluide avec une alimentation en carburant. 8. Piston selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de mise en communication sélective dudit orifice d'injection (45) avec ledit orifice d'alimentation en carburant (41) comportent un organe obturateur (48) monté coulissant dans une cavité (42) apte à être en communication de fluide avec ledit orifice d'injection (45) et ledit orifice d'alimentation en carburant (41), entre une position de passage dudit carburant et une position de blocage dudit carburant dans ladite cavité (42). 9. Piston selon la revendication 8, caractérisé en ce que le coulissement dudit organe obturateur (48) est commandé par l'injection dudit carburant sous pression qui pousse ledit organe obturateur (48) dans sa position de passage contre l'effet d'un ressort de compression (52) par pression sur une surface (48c) dudit organe obturateur (48). 10. Moteur à combustion interne (62) comprenant des moyens de dosage du carburant à injecter (60), des moyens de mise sous pression dudit carburant à injecter (60) et des moyens pour injecter ledit carburant à injecter (60), caractérisé en ce que ledit moteur comporte au moins un piston (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes et en ce que lesdits moyens pour injecter ledit carburant à injecter (60) sont aptes à être mis en communication de fluide avec ledit orifice d'injection (45).