Brevet FR2896536A1 — publié le 20070727

"Moteur à chambre de combustion munie d'un dôme comportant des moyens générateurs de turbulence" La présente invention concerne un moteur à chambre de combustion munie d'un dôme comportant des moyens générateurs 5 de turbulence. L'invention concerne plus particulièrement un moteur à combustion interne à allumage commandé, notamment de véhicule automobile, qui comporte au moins un cylindre comportant une chambre de combustion qui est délimitée io axialement vers le bas par un piston et vers le haut par une face inférieure d'une culasse dans laquelle débouchent au moins un conduit d'admission et au moins un conduit d'échappement qui sont susceptibles d'être obturés sélectivement par l'intermédiaire d'une soupape correspondante, des moyens aptes à produire un is mouvement tourbillonnaire du type "tumble" et/ou "swirl" dans le flux des gaz d'admission ou du mélange carburé, du type dans lequel la face inférieure de la chambre de combustion comporte un dôme comportant au moins un orifice débouchant dans une paroi interne du dôme pour établir une communication avec un 20 dispositif d'allumage du mélange carburé. On connaît de nombreux moteurs à combustion interne de ce type, notamment des moteurs à essence, à injection directe ou indirecte, pour lesquels diverses solutions ont été mises en oeuvre afin de limiter les pertes par pompage en charge partielle. 25 Selon une solution connue en particulier pour les moteurs comportant quatre soupapes par cylindre, on agit sur l'une des deux soupapes d'admission pour en inhiber l'ouverture ou pour en déphaser l'ouverture par rapport à l'autre soupape d'admission. Une telle solution a notamment pour conséquence de 30 générer un mouvement tourbillonnaire présentant une aérodynamique à dominante de "swirl" en fin de phase de compression et ceci même si les conduits d'admission du moteur 2 comporte des moyens aptes à créer une aérodynamique de type "tumble". On rappellera que le "swirl" correspond à un mouvement aérodynamique ordonné des gaz contenus dans le cylindre qui est colinéaire à l'axe du cylindre tandis que le "tumble" correspond à un mouvement aérodynamique de rotation autour d'un axe perpendiculaire à l'axe du cylindre et sensiblement parallèle à l'axe du vilebrequin qui est susceptible de favoriser l'entraînement du carburant vers le dispositif d'allumage. io En effet, les mouvements tourbillonnaires sont particulière-ment favorables à la stabilité de la combustion de sorte que de nombreux dispositifs ont été développés pour générer de tels mouvements. Toutefois, un problème d'ordre aérodynamique survient en is fin de phase de compression au cours de laquelle il est nécessaire de "dégrader" les mouvements tourbillonnaires préalablement créés lors de la phase d'admission et maintenus jusqu'en début de phase de compression, afin d'y générer des turbulences qui sont favorables à l'initiation d'une combustion 20 rapide. L'invention a notamment pour objet de proposer un moteur à combustion interne comportant des moyens pour provoquer, en fin de phase de compression, la dégradation aérodynamique du mouvement tourbillonnaire, c'est-à-dire la transformation 25 aérodynamique du mouvement rotationnel d'ensemble de la masse gazeuse en un écoulement turbulent. Dans ce but, l'invention propose un moteur à combustion interne du type décrit précédemment, caractérisé en ce que le dôme de la chambre de combustion comporte des moyens 3o générateurs de turbulence qui s'étendent en saillie à partir de la paroi interne du dôme de manière à provoquer des turbulences dans le mouvement tourbillonnaire. Selon d'autres caractéristiques de l'invention 3 - les moyens générateurs de turbulence sont agencés à proximité de l'orifice du dispositif d'allumage de manière à provoquer localement des turbulences qui sont susceptibles d'augmenter la surface et la vitesse de propagation de la flamme lors de l'allumage du mélange carburé par le dispositif - les moyens générateurs de turbulence sont agencés en aval de l'orifice du dispositif d'allumage suivant le sens de rotation d'amont en aval du mouvement tourbillonnaire - les moyens générateurs de turbulence sont agencés en io amont de l'orifice du dispositif d'allumage suivant le sens de rotation d'amont en aval du mouvement tourbillonnaire - les moyens générateurs de turbulence comportent au moins une face formant un mur qui s'étend globalement orthogonalement au mouvement tourbillonnaire ; 15 les moyens générateurs de turbulence s'étendent axialement sur une hauteur "h" déterminée et s'étendent transversalement à travers tout ou partie du dôme ; - les moyens générateurs de turbulence comportent au moins deux faces dont l'intersection détermine au moins une arête 20 apte à provoquer l'apparition de turbulences dans le mouvement tourbillonnaire ; - le dôme est délimité d'une part axialement vers le haut par une face inférieure formant plafond et axialement vers le bas par une ouverture inférieure débouchant dans la face inférieure 25 en toit et, d'autre part, transversalement par une surface tronconique ; - l'orifice du dispositif d'allumage débouche dans la surface tronconique du dôme de manière qu'au moins l'extrémité inférieure du dispositif d'allumage comportant des électrodes 30 s'étende globalement transversalement à l'intérieur du dôme ; - l'orifice du dispositif d'allumage débouche dans la face inférieure de plafond du dôme de manière qu'au moins l'extrémité 4 inférieure du dispositif d'allumage comportant des électrodes s'étende globalement verticalement à l'intérieur du dôme. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un cylindre d'un moteur à combustion illustrant une chambre de combustion pourvue d'un dôme qui comporte des moyens io générateurs de turbulence selon un premier exemple de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue de détail en coupe selon le plan horizontal II-II illustrant la chambre de combustion et le dôme comportant des moyens générateurs de turbulence selon le is premier exemple de réalisation de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en perspective illustrant en détail le dôme et les moyens générateurs de turbulence selon le premier exemple de réalisation ; - la figure 4 est une vue schématique en coupe axiale 20 analogue à la figure 1 qui représente un deuxième exemple de réalisation de l'invention ; - la figure 5 est une vue de détail en coupe selon le plan horizontal II-II illustrant la chambre de combustion et le dôme comportant des moyens générateurs de turbulence selon le 25 deuxième exemple de réalisation de la figure 4. Par convention, et à titre non limitatif, on utilisera les termes "interne" ou "externe" et les orientations "longitudinale", "transversale" ou "verticale" pour désigner respectivement des éléments selon les définitions données dans la description et par 30 rapport au trièdre (L, V, T) représenté sur les figures. Dans la suite de la description, des éléments similaires ou identiques seront désignés par les mêmes références. On a représenté partiellement à la figure 1, un moteur à combustion interne 10, du type à allumage commandé, qui comporte au moins un cylindre 12 d'axe vertical X-X. Le cylindre 12 comporte une chambre de combustion 14 s qui est délimitée axialement vers le bas par un piston 16 dont la face supérieure 18 comporte ici un évidement concave 20 et axialement vers le haut par une face inférieure 22 en forme de toit d'une culasse 24. La culasse 24 comporte au moins un conduit d'admission io 26 et au moins un conduit d'échappement 28 qui débouchent dans la face inférieure 22. Le conduit d'admission 26 et le conduit d'échappement 28 sont susceptibles d'être obturés sélectivement par l'intermédiaire d'une soupape d'admission 30 et d'une soupape d'échappement 15 32 respectivement. Le moteur 10 comporte des moyens aptes à produire un mouvement tourbillonnaire du type "tumble" et/ou du type "swirl" dans les gaz d'admission ou dans le mélange carburé. De manière connue, de tels moyens (non représentés) sont 20 par exemple constitués par des pipes d'admission hélicoïdales, des soupapes à déflecteur, des systèmes de jets d'air, etc. La face inférieure 22 en forme de toit de la chambre de combustion 14 comporte un dôme 34, dit dôme de confinement. Le dôme de confinement 34 est une cavité réalisée en 25 creux dans la culasse 24 et qui est notamment destiné à accélérer le mouvement tourbillonnaire en fin de phase de compression. Le dôme de confinement 34 est délimité d'une part axialement vers le haut par une face inférieure 36 formant plafond et axialement vers le bas par une ouverture inférieure 38 30 débouchant dans la face inférieure en toit 22 et, d'autre part, transversalement par une surface tronconique 40. 6 Le dôme 34 comporte une paroi interne 42 qui est donc respectivement formée par la face supérieure de plafond 36 et la surface tronconique interne 40. De préférence, le dôme 34 est centré sur l'axe vertical X-X 5 du cylindre 12. Avantageusement, le dôme 34 est de forme tronconique et l'ouverture 38 formant la base du tronc de cône est elliptique, en variante circulaire. Le dôme 34 comporte au moins un orifice 44 qui débouche io dans la paroi interne 42 du dôme 34 pour établir une communication avec un dispositif d'allumage 46. De préférence, le dispositif d'allumage 46 est une bougie d'allumage conventionnelle dont l'extrémité inférieure fait saillie dans le dôme 34 à travers l'orifice 44 de manière qu'au moins is l'électrode centrale 48 et l'électrode de masse 50 de la bougie 46 s'étendent à l'intérieur du volume du dôme de confinement 34, c'est-à-dire transversalement au-delà de la paroi interne 42 du dôme 34. Conformément à l'invention, le dôme 34 de la chambre de 20 combustion 14 comporte des moyens générateurs de turbulence 52 qui s'étendent en saillie à partir de la paroi interne 42 du dôme 34 de manière à former une protubérance pour provoquer des turbulences au sein du mouvement tourbillonnaire. Les moyens générateurs de turbulence 52 engendrent 25 l'apparition de turbulences ou micro-turbulences dans l'écoule-ment en dégradant l'aérodynamique ordonnée du mouvement tourbillonnaire. Avantageusement, les turbulences provoquées par les moyens générateurs de turbulence 52 sont particulièrement 30 favorables à la stabilité de la combustion. Grâce à l'invention, ces turbulences générées par friction par les moyens 52 sont d'une part provoquées sélectivement en fin de phase de compression lorsque l'écoulement gazeux qui est 7 animé du mouvement tourbillonnaire pénètre dans le dôme 34 par l'ouverture 38 et, d'autre part, limitées spatialement à l'intérieur du dôme 34 et au voisinage du dispositif d'allumage 46 de manière à augmenter la surface et la vitesse de propagation du front de flamme. Selon le premier exemple de réalisation représenté à la figure 1, l'orifice 44 du dispositif d'allumage 46 débouche dans la surface tronconique 40 du dôme 34 de manière qu'au moins les électrodes 48, 50 du dispositif d'allumage 46 s'étendent io transversalement à l'intérieur du volume du dôme 34 délimité par la paroi interne 42. Avantageusement, le dispositif d'allumage 46 est implanté de manière que son axe principal soit incliné par rapport à l'axe X-X du cylindre 12 s'étendant verticalement. 15 Les moyens générateurs de turbulence 52 sont agencés à proximité de l'orifice 44 de communication du dispositif d'allumage 46 avec la chambre de combustion 14, plus précisément ici avec le dôme 34. Les moyens générateurs de turbulence 52 sont donc 20 susceptibles de provoquer localement des turbulences qui sont notamment susceptibles d'augmenter la surface et la vitesse de propagation de la flamme lors de l'allumage du mélange carburé par les électrodes 48, 50 de la bougie 46. De préférence, les moyens générateurs de turbulence 52 25 sont agencés en aval de l'orifice 44 et des électrodes 48, 50 de la bougie 46 suivant le sens de rotation d'amont en aval du mouvement tourbillonnaire. Selon le premier exemple de réalisation, les moyens générateurs de turbulence 52 comportent au moins une face 30 verticale 54 formant un mur. Avantageusement, la face verticale 54 s'étend transversalement globalement orthogonalement par rapport au mouvement tourbillonnaire représenté sur les figures par une flèche. 8 Avantageusement, les moyens générateurs de turbulence 52 s'étendent transversalement à travers tout ou partie du dôme 34, ici sensiblement jusqu'a l'axe X-X du cylindre 12. De même, les moyens générateurs de turbulence 52 s'étendent axialement sur une hauteur "h" déterminée en fonction des applications du moteur 10. Les moyens générateurs de turbulence 52 s'étendent axialement sur tout ou partie de la hauteur totale du dôme 34 délimitée verticalement par l'ouverture inférieure 38 et la face io supérieure 36. De préférence, les moyens générateurs de turbulence 52 s'étendent axialement une hauteur "h" qui est comprise dans partie axiale supérieure du dôme 34 et détermine avec la face supérieure 36 un passage déterminé de manière à permettre un is écoulement du mouvement tourbillonnaire entre une face supérieure 56 des moyens 52 et la face inférieure 36 du dôme 34. En variante, les moyens générateurs de turbulence 52 s'étendent verticalement jusqu'à venir en contact avec au moins une partie de la face inférieure 36. 20 De préférence, les moyens générateurs de turbulence 52 comportent au moins deux faces verticales qui sont ici constituées par la face transversale 54 et par une autre face longitudinale 58. L'intersection de la face transversale 54 et de la face longitudinale 58 détermine une arête verticale 60. 25 L'intersection de la face transversale 54 et de la face longitudinale 58 détermine respectivement dans sa partie axiale supérieure une arête transversale 62 et une arête longitudinale 64 et dans sa partie axiale inférieure une arête transversale 66 et une arête longitudinale 68. 30 L'ensemble des faces 54 et/ou 58 et des arêtes 60 à 68 est notamment susceptible de provoquer l'apparition de turbulences dans le mouvement tourbillonnaire dont est animé le mélange gazeux. 9 Selon variante non représentée, les moyens générateurs de turbulence 52 sont agencés en amont de l'orifice 44 et des électrodes 48, 50 de la bougie 46 suivant le sens de rotation d'amont en aval du mouvement tourbillonnaire. Les moyens générateurs de turbulence 52 comportent alors au moins une face verticale 58 formant un mur qui s'étend longitudinalement de manière globalement orthogonale par rapport au mouvement tourbillonnaire représenté sur les figures par une flèche. io Avantageusement, la face verticale 58 s'étendant longitudinalement est susceptible de réduire l'effet de soufflage de la flamme. On décrira ci-après par comparaison avec le premier exemple de réalisation, un deuxième exemple de réalisation des 15 moyens générateurs de turbulence 52 tels que représentés aux figures 4 et 5. Comme on peut le voir sur la figure 4, l'orifice 44 de communication du dispositif d'allumage 46 débouche dans la face inférieure 36 du dôme 34. 20 Ainsi, les électrodes 48, 50 du dispositif d'allumage 46 s'étendent verticalement à l'intérieur du volume interne du dôme 34 qui est délimité par la paroi 42 constituée des faces 36 et 40. Avantageusement, le dispositif d'allumage 46 est implanté de manière que son axe principal soit coaxial à l'axe X du cylindre 25 12. Sur la figure 5, on a représenté schématiquement par un point l'extrémité inférieure du dispositif d'allumage 46 constituée par les électrodes 48 et 50 de la bougie. Les moyens générateurs de turbulence 52 comportent 30 principalement une face verticale 54 qui s'étend transversalement à travers tout le dôme 34. La face verticale 54 des moyens générateurs de turbulence 52 s'étend verticalement sur une hauteur "h" déterminée de sorte i0 que les moyens générateurs de turbulence 52 sont susceptibles de s'étendre axialement sur tout ou partie de la hauteur totale du dôme 34. La face verticale transversale 54 formant le mur détermine respectivement une arête supérieure 62 et une arête inférieure 66 qui sont aptes à provoquer des turbulences dans le mouvement tourbillonnaire. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés dans les figures io qui sont donnés uniquement à titre d'exemple. En variante, le dispositif d'allumage 46 est du type comportant une électrode à étincelle de surface qui est avantageusement non intrusive dans le dôme 34. Avantageusement, le moteur 10 comporte un dispositif is d'injection de carburant non représenté dont le nez d'injection débouche par exemple dans la paroi interne 42 du dôme 34. La forme et les caractéristiques géométriques de la protubérance formant les moyens générateurs de turbulence selon l'invention sont déterminées en fonction des applications, en 20 particulier du moteur 10 et de la chambre de combustion 14 comprenant le dôme de confinement 34. REVENDICATIONS 1. Moteur (10) à combustion interne à allumage commandé, notamment de véhicule automobile, qui comporte au moins un cylindre (12) comportant une chambre de combustion s (14) qui est délimitée axialement vers le bas par un piston (16) et vers le haut par une face inférieure (22) en forme de toit d'une culasse (24) dans laquelle débouchent au moins un conduit d'admission (26) et au moins un conduit d'échappement (28) qui sont susceptibles d'être obturés sélectivement par l'intermédiaire io d'une soupape (30, 32) correspondante, des moyens aptes à produire un mouvement tourbillonnaire du type "tumble" et/ou "swirl" dans les gaz d'admission ou dans le mélange carburé, du type dans lequel la face inférieure (22) de la chambre de combustion (14) comporte un dôme (34) comportant au moins un is orifice (44) débouchant dans une paroi interne (36, 40, 42) du dôme (34) pour établir une communication avec un dispositif (46) d'allumage du mélange carburé, caractérisé en ce que le dôme (34) de la chambre de combustion (14) comporte des moyens générateurs de turbulence 20 (52) qui s'étendent en saillie à partir de la paroi interne (36, 40, 42) du dôme (34) de manière à provoquer des turbulences dans le mouvement tourbillonnaire. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens générateurs de turbulence (52) sont agencés à 25 proximité de l'orifice (44) du dispositif d'allumage (46) de manière à provoquer localement des turbulences qui sont susceptibles d'augmenter la surface et la vitesse de propagation de la flamme lors de l'allumage du mélange carburé par le dispositif (46). 3. Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que 30 les moyens générateurs de turbulence (52) sont agencés en aval de l'orifice (44) du dispositif d'allumage (46) suivant le sens de rotation d'amont en aval du mouvement tourbillonnaire. 12 4. Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens générateurs de turbulence (52) sont agencés en amont de l'orifice (44) du dispositif d'allumage (46) suivant le sens de rotation d'amont en aval du mouvement tourbillonnaire. 5. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens générateurs de turbulence (52) comportent au moins une face (54, 58) formant un mur qui s'étend globalement orthogonalement au mouvement tourbillonnaire. l0 6. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens générateurs de turbulence (52) s'étendent axialement sur une hauteur "h" déterminée et s'étendent transversalement à travers tout ou partie du dôme (34). ls 7. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens générateurs de turbulence (52) comportent au moins deux faces (54, 58) dont l'intersection détermine au moins une arête (60, 62, 64, 66, 68) apte à provoquer l'apparition de turbulences dans le mouvement 20 tourbillonnaire. 8. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dôme (34) est délimité d'une part axialement vers le haut par une face inférieure (36) formant plafond et axialement vers le bas par une ouverture 25 inférieure (38) débouchant dans la face inférieure en toit (22) et, d'autre part, transversalement par une surface tronconique (40). 9. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'orifice (44) du dispositif d'allumage (46) débouche dans la surface tronconique (40) du 30 dôme (34) de manière qu'au moins l'extrémité inférieure du dispositif d'allumage (46) comportant des électrodes (48, 50) s'étende globalement transversalement à l'intérieur du dôme (34). 10. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'orifice (44) du dispositif d'allumage (46) débouche dans la face inférieure de plafond (36) du dôme (34) de manière qu'au moins l'extrémité inférieure du dispositif d'allumage (46) comportant des électrodes (48, 50) s'étende globalement verticalement à l'intérieur du dôme (34).