Brevet FR2887586A1 — publié le 20061229

Moteur Diesel à injection directe et taux de compression variable, et injecteur pour un tel moteur. La présente invention concerne un moteur Diesel à injection directe et taux de compression variable, ainsi qu'un injecteur pour un tel moteur. Il est connu d'utiliser dans les moteurs Diesel à injection directe des pistons dont la face supérieure est creusée pour former une sorte de bol, généralement large et profond, définissant l'espace dans lequel l'injecteur injecte le carburant, ce qui permet notamment d'amener la surface supérieure du piston très proche de la culasse au point mort haut. L'orientation des trous des injecteurs, définie par ce que l'on appelle couramment l'angle de nappe, est donc déterminée afin d'utiliser au mieux l'air contenu dans le bol du piston au point mort haut. Actuellement, les moteurs Diesel sont conçus de façon que le rapport le rapport K%, entre le volume du bol du piston et le volume mort au point mort haut, soit le plus fort possible, entraînant de ce fait une distance (dpc) très faible entre le piston et la culasse au point mort haut (PMH). Par ailleurs, dans les moteurs à taux de compression variable, appelés VCR, tels que décrits par exemple dans WO8202576 et JP61197731, il est connu de faire varier le taux de compression en modifiant, de manière connue en soi, la distance dpc entre le piston et la culasse au point mort haut. Plus cette distance est petite et plus le taux de compression est élevé, ce qui permet de réduire les émissions d'imbrûlés lorsque le moteur est en faible charge et de faciliter les démarrages à froid. Inversement, un taux de compression plus faible permet, en pleine charge, d'augmenter la puissance sans augmentation corrélative des contraintes thermomécaniques. Mais la réduction du taux de compression étant obtenue en augmentant la distance entre piston et culasse au point mort haut, le rapport K%, entre le volume du bol du piston et le volume mort au point mort haut, diminue. Or il est bien connu que dans les moteurs diesel à injection directe actuels, une diminution du dit rapport K% n'est pas favorable à une bonne combustion à cause d'une mauvaise utilisation de l'air contenu dans le cylindre. Lorsque le moteur est utilisé à pleine charge, il est donc souhaité de pouvoir utiliser au mieux non seulement l'air contenu dans le bol du piston mais aussi l'air disponible au-dessus du piston, lorsque la distance dpc au point mort haut est augmentée. La présente invention a pour but de fournir une réponse à ce souhait et vise donc en particulier à assurer la meilleure exploitation possible de tout l'air contenu dans le cylindre au point mort haut. Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un moteur Diesel à injection directe et taux de variable, dans lequel la face supérieure d'un creusée pour former un bol définissant lequel un injecteur injecte du carburant disposés selon un alignement circulaire et rapport à l'axe de l'injecteur selon un déterminé pour que le carburant injecté soit dirigé vers l'intérieur du bol, et la variation du taux de compression est obtenue en modifiant la distance dpc entre le piston et la culasse au point mort haut. Selon l'invention, le moteur est caractérisé en ce que l'injecteur comporte au moins un deuxième alignement compression piston est l'espace dans par des trous orientés par premier angle circulaire de trous orientés par rapport à l'axe de l'injecteur selon un deuxième angle supérieur au premier angle et déterminé pour que le carburant injecté par les trous du deuxième alignement soit dirigé vers l'espace situé au- dessus du piston lorsque le piston est au point mort haut et que la distance entre piston et culasse est supérieure à une distance minimale prédéterminée. Ainsi, le carburant injecté par les trous de cette deuxième rangée est dirigée directement vers l'air disponible au dessus du piston, dans la zone de celui-ci située autour du bol. L'utilisation de cet air pour la combustion peut donc être optimisée, contrairement à la disposition selon la technique antérieure où cet air périphérique n'était pas directement atteint par les jets de carburant provenant des injecteurs. Selon une disposition préférentielle, le diamètre des trous du deuxième alignement circulaire est plus petit que celui des trous du premier alignement, et même nettement plus petit, de l'ordre du dixième de mm ou moins, de manière à pulvériser le carburant le plus finement possible. Ceci permet d'éviter que des jets de carburant liquides ou vaporisés ne pénètrent trop au dessus du piston, jusqu'à la paroi du cylindre, ce qui risquerait de provoquer leur condensation sur la dite paroi et une dilution du carburant injecté dans l'huile de lubrification amenée par la montée du piston. Le dit deuxième angle sera préférentiellement compris entre 80 et 90 , soit un angle de nappe de la deuxième rangée de trous compris entre 160 et 180 . Le deuxième angle, c'est à dire le demi-angle de nappe de la deuxième rangée de trous, sera déterminé précisément au cas par cas en fonction de la distance entre piston et culasse en pleine charge et de l'enfoncement du nez de l'injecteur, de manière à utiliser au mieux l'air disponible au-dessus du piston. L'invention a aussi pour objet un injecteur, pour le moteur défini précédemment, qui comporte des trous disposés selon un premier alignement circulaire et orientés par rapport à l'axe de l'injecteur selon un premier angle prédéterminé et caractérisé en ce qu'il comporte au moins un deuxième alignement circulaire de trous orientés par rapport à l'axe de l'injecteur selon un deuxième angle supérieur au premier angle. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va être faite d'un moteur et d'un injecteur conforme à l'invention. On se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en coupe de la partie supérieure de la chambre de combustion et du piston, et de l'injecteur, dans une première configuration, - la figure 2 est une vue similaire, dans une seconde configuration, - la figure 3 est une vue à échelle agrandie du nez de l'injecteur, en coupe axiale, - la figure 4 est une vue frontale à échelle encore agrandie du nez de l'injecteur. De manière connue en soi, l'injecteur 1 est monté dans la culasse 2 et sont nez 11 dépasse légèrement dans la chambre de combustion 3 définie dans le cylindre 4 entre la culasse 2 et le piston 5. Le dessus du piston est creusé pur former le bol 51, dont la forme générale représentée sur les dessins n'est nullement limitative. La distance dpc entre la face supérieure 52 du piston et la culasse 2 lorsque le piston est au point mort haut, comme représenté sur les figures 1 et 2, est ajustable, de manière connue pour un moteur à taux de compression variable, par exemple en faisant varier la distance entre l'axe de vilebrequin et la culasse. Les figures 1 et 2 illustrent une position dans laquelle le taux de compression est réduit par rapport à son maximum, où le piston se trouverait plus proche de la culasse. Lorsque le piston est plus éloignée de la culasse, une fraction relativement importante de la quantité d'air disponible dans la chambre de combustion au PMH se trouve au dessus de la face supérieure 52 du cylindre. Par exemple, pour un moteur d'une cylindrée unitaire de 500 cm3, si on réduit le taux de compression de 17 à 13, le volume disponible au dessus du piston correspond à plus de 25% du volume mort. La disposition des trous d'injection de l'injecteur 1 est représentée figures 3 et 4. Une première rangée circulaire de trous 12 est réalisée dans le nez de l'injecteur avec des diamètres adaptés à l'utilisation de l'air disponible dans le bol du piston, et un angle de nappe AN1 prédéterminé en fonction de la forme du bol. Par exemple, à la figure 2, l'angle de nappe AN1 est relativement large, de l'ordre de 140 par exemple, adapté à une forme de bol de piston classique sur les moteurs Diesel à injection directe actuels. A la figure 1, l'angle de nappe AN1 est plus étroit, de l'ordre de 60 par exemple, et est adapté à un bol plus étroit et/ou plus profond. La deuxième rangée circulaire de trous 13 a un angle de nappe AN2 nettement plus important, par exemple compris entre 160 et 180 , afin d'utiliser l'air disponible au dessus du piston. On notera que les trous 12 de la première rangée ont un diamètre, par exemple de 0,15 mm, nettement plus important que les trous 13 de la seconde rangée circulaire, dont le diamètre sera minimisé autant que possible, et sera préférentiellement inférieur ou égal à 80}gym, cette dimension pouvant être obtenue par un perçage des trous par laser. Le nombre de trous de chaque rangée sera déterminé pour assurer une répartition de carburant injecté correspondant au mieux à la répartition des l'air dans le bol et au dessus du piston, en fonction de la section efficace débitante des trous et de la fraction de volume d'air disponible au dessus du piston, selon la formule suivante: n,.Cd,.S, 1-K% n2 Ç Cd2. S2 K% avec: n1: nombre de trous de la première rangée de trous 12. Cd1:Coefficient de débit des trous de la première rangée. S1: 7t. D12/4, avec D1 diamètre des trous 12 de la première rangée. n2: nombre de trous 13 de la seconde rangée de trous. Cd2:Coefficient de débit des trous de la seconde rangée. S2 = n. D22/4, avec D2: diamètre des trous 13 de la seconde rangée. K% = volume du bol / volume mort au PMH. 7 REVENDICATIONS 1. Moteur Diesel à injection directe et taux de compression variable, dans lequel la face supérieure (52) d'un piston (5) est creusée pour former un bol (51) définissant l'espace dans lequel un injecteur (1) injecte du carburant par des trous disposés selon un alignement circulaire et orientés par rapport à l'axe de l'injecteur selon un premier angle (AN1/2) déterminé pour que le carburant injecté soit dirigé vers l'intérieur du bol, et la variation du taux de compression est obtenue en modifiant la distance (dpc) entre le piston et la culasse (2) au point mort haut, caractérisé en ce que l'injecteur (1) comporte au moins un deuxième alignement circulaire de trous (13) orientés par rapport à l'axe de l'injecteur selon un deuxième angle (AN2/2) supérieur au premier angle et déterminé pour que le carburant injecté par les trous du deuxième alignement soit dirigé vers l'espace situé au-dessus du piston (5) lorsque le piston est au point mort haut et que la distance entre piston et culasse est supérieure à une distance minimale prédéterminée. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre des trous (13) du deuxième alignement circulaire est plus petit que celui des trous (12) du premier alignement. 3. Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le diamètre des trous (13) du deuxième alignement circulaire est d'un dixième de millimètre ou moins. 4. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre des trous (13) du deuxième alignement circulaire est inférieur ou égal à 80 pm. 5. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième angle (AN2/2) est compris entre 80 et 90 . 6. Injecteur (1), pour le moteur défini dans l'une des revendications 1 à 5, comportant des trous (12) disposés selon un premier alignement circulaire et orientés par rapport à l'axe de l'injecteur selon un premier angle (AN1/2) prédéterminé, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un deuxième alignement circulaire de trous (13) orientés par rapport à l'axe de l'injecteur selon un deuxième angle (AN2/2) supérieur au premier angle. 7. Injecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le deuxième angle (AN2/2) est compris entre 80 et 90 . 8. Injecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le diamètre des trous (13) du deuxième alignement circulaire est plus petit que celui des trous (12) du premier alignement. 9. Injecteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le diamètre des trous (13) du deuxième alignement circulaire est d'un dixième de millimètre ou moins. 10. Injecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le nombre de trous de chaque alignement de trous de l'injecteur est déterminé selon la formule suivante: n1.Cd1.S1 1 K%" n2 Cd2.S2 K% avec: n1: nombre de trous de la première rangée de trous 12. Cd1:Coefficient de débit des trous de la première rangée. S1: 7t. D12/4, avec D1 diamètre des trous 12 de la première rangée. n2: nombre de trous 13 de la seconde rangée de trous. Cd2:Coefficient de débit des trous de la seconde rangée. S2 = 7T. D22/4, avec D2: diamètre des trous 13 de la seconde rangée. K% = volume du bol / volume mort au PMH.