Brevet FR2886682A3 — publié le 20061208

FR 2886682 A3 20061208 FR 0505626 A 20050603 CHAMBRE DE COMBUSTION D'UN MOTEUR DIESEL La présente invention concerne un moteur diesel, et plus particulièrement la chambre de combustion d'un tel 5 moteur. De façon connue, une chambre de combustion est en communication avec un injecteur et est délimitée par un alésage réalisée dans une chemise, et par les surfaces de feu d'une culasse et d'un piston qui est mobile dans l'alésage entre un point mort bas au plus éloigné de la culasse et un point mort haut au plus proche de la culasse. A la chambre de combustion est associé un taux de compression qui est le rapport de son volume quand le piston est au point mort haut sur son volume quand le piston est au point mort bas. Afin d'améliorer l'efficacité des moteurs, certains sont conformés de sorte que le taux de compression associé à leurs chambres de combustion soit variable. Cependant, dans les moteurs actuels, la variation du taux de compression est réalisée en modifiant la géométrie de la chambre de combustion par un déplacement supplémentaire d'organes qui sont classiquement mobiles (par exemple, une soupape, ou, comme dans les demandes EP 997 624 et EP 1 236 876, le piston). Ces agencements particuliers ont le principal inconvénient de rendre particulièrement complexe le fonctionnement du moteur en introduisant des nouveaux éléments constitutifs permettant d'assurer le déplacement supplémentaire et des nouvelles contraintes pour commander leur déplacement. La présente invention vise à pallier les inconvénients précités. Selon l'invention, les surfaces de feu de la culasse et du piston sont conformées de sorte que la section droite de la chambre de combustion varie en fonction de la position du piston dans l'alésage. Ainsi, selon la présente invention, la culasse et le piston présentent des surfaces de feu ayant une géométrie particulière, ces surfaces de feu étant adaptées à coopérer l'une avec l'autre. En fonction de la position du piston dans l'alésage, les deux surfaces de feu sont plus ou moins proches l'une de l'autre de sorte que la coopération est plus ou moins importante. La coopération des deux surfaces de feu entraîne une variation de la section droite de la chambre de combustion qui est la partie de l'alésage qui communique avec l'injecteur, et donc une variation spécifique du volume de la chambre de combustion qui s'accumule à la variation classique du volume de la chambre de combustion liée au déplacement classique du piston dans l'alésage. Cette variation volumique spécifique entraîne une variation du taux de compression lié à la chambre, sans qu'il soit nécessaire de modifier le fonctionnement classique des organes du moteur (sans qu'il soit nécessaire d'introduire des mouvements supplémentaires). La variation du taux de compression est donc due uniquement à la géométrie particulière des surfaces de feu. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description de deux modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins mis en annexe. La figure 1 est une vue en coupe axiale d'une chambre de combustion conforme à un premier mode de réalisation de la présente invention, le piston étant dans sa position de point mort haut; La figure 2 est une vue schématique de la culasse représentée à la figure 1, vue du piston; La figure 3 est un schéma comparant la pression régnant dans la chambre de combustion en fonction de la position du piston pour une chambre conforme à la présente invention à celle de chambres classiques; et La figure 4 est une vue similaire à la figure 1, la chambre de combustion étant conforme à un second mode de réalisation de la présente invention, le piston étant dans sa position critique. On peut le voir à la figure 1 une chambre de combustion 1 d'un moteur diesel. La chambre de combustion 1 est en communication avec un injecteur 2 permettant d'injecter le carburant dans la chambre, ainsi qu'avec deux soupapes d'admission 3,4 permettant l'introduction d'air et deux soupapes d'échappement 5,6 permettant l'échappement des gaz de combustion (voir la figure 2). La chambre de combustion 1 est délimitée par un alésage 7 qui est réalisé dans une chemise 8, et par les surfaces de feu 9,10 d'une culasse 11 et d'un piston 12 qui est monté mobile dans l'alésage 7. Le piston 12 est mobile entre une position de point mort bas dans laquelle il est le plus éloigné de la culasse 11, et une position de point mort haut dans laquelle il est le plus proche de la culasse 11. De ce fait, le volume de la chambre de combustion varie en fonction de la position du piston 12 dans l'alésage 7. Conformément à l'invention, les surfaces de feu 9,10 de la culasse 11 et du piston 12 sont conformées de sorte que la section droite de la chambre de combustion 11 varie en fonction de la position du piston 12 dans l'alésage 7. De façon plus précise, les surfaces de feu 9,10 de la culasse 11 et du piston 12 sont conformées de sorte que, quand le piston 12 est entre une position de point mort bas et une position critique, la section droite de la chambre de combustion 1 correspond à celle de l'alésage 7, et quand le piston 12 est entre la position critique et une position de point mort haut, elle est inférieure à celle de l'alésage 7. Dans le premier mode de réalisation, la surface de feu 10 du piston 12 présente au moins une (en l'occurrence deux) cavité 13 qui est adaptée à être obturée par une protubérance 14 portée par la surface de feu 9 de la culasse 11 quand le piston 12 est entre sa position critique et sa position de point mort haut de façon à ce que cette cavité 13 soit isolée de l'injecteur 2. Dans le second mode de réalisation, la surface de feu 9 de la culasse 11 présente au moins une (en l'occurrence deux) cavité 15 qui est adaptée à être obturée par une protubérance 16 portée par la surface de feu 10 du piston 12 quand il est entre sa position critique et sa position de point mort haut, de façon à ce que cette cavité 15 soit isolée de l'injecteur 2. Dans les deux modes de réalisation, chacune des deux cavités 13,15 est délimitée par une surface latérale 17 qui s'étend parallèlement à la direction de déplacement du piston 12 (et donc parallèlement à l'alésage 7). De plus, chaque protubérance 14,16 est adaptée à combler la totalité de la cavité 13,15 correspondante quand le piston 12 est dans sa position de point mort haut. Dans les présents modes de réalisation, chaque cavité 13,15 (et chaque protubérance 14,16) est de forme cylindrique. Conformément à la présente invention, quand le piston 12 est entre sa position de point mort bas et sa position critique, toute la surface Sa de la section droite de l'alésage 7 est prise en compte pour déterminer le volume V de la chambre de combustion 1, l'ensemble du volume de l'alésage 7 compris entre les deux surfaces de feu 9,10 étant en communication avec l'injecteur 2, et quand le piston 12 est entre sa position critique et sa position de point haut, les cavités 13,15 étant isolées de l'injecteur 2 par la position des protubérances 14,16, pour déterminer le volume V de la chambre de combustion 1, faut tenir compte de la surface Sa de la section droite de l'alésage 7 diminuée par la somme des surfaces Sc de la section droite de chaque cavité 13,15. Ainsi, la présente invention permet d'obtenir des phases de compression pure hybrides: la compression répond dans une première phase (piston compris entre sa position de point mort bas et sa position critique) à la montée en pression correspondant à un premier taux de compression, puis dans une seconde phase (piston compris entre sa positon critique et sa position de point mort haut) à la montée en pression correspondant à un second taux de compression. La différence des deux taux de compression est lié au volume des protubérances et le moment du passage d'un taux à l'autre à la hauteur de ces dernières. La première phase de compression est plus douce que la seconde phase. De ce fait, le début de la phase de compression peut être très douce, la fin étant beaucoup plus sévère en terme de gradient de pression. Ce type de compression prend tout son intérêt dans des applications où le contrôle du début de l'auto-inflammation est problématique, notamment pour les combustions homogènes du type HCCI. L'injection du carburant est réalisée quand le piston 12 est entre sa position critique et sa position de point mort haut. Si l'on considère que: a est le diamètre de l'alésage 7, d est le diamètre d'un cavité cylindrique 13,15, h est sa hauteur, z la position du piston 12, la protubérance 14,16 étant adaptée à combler la totalité de la cavité 13,15 quand le piston 12 est au point mort haut, le volume V(z) de la chambre de combustion 1 en fonction de la position du piston 12 s'exprime V(z) = VO + na z quand z ? h et 4 2 2 V(z) = VO + na z+ d (z - h) quand z 5 h, 4 4 VO étant le volume de la chambre de combustion 1 quand le piston 12 est dans sa position de point mort haut, h étant nul, Z pouvant être déterminé à partir de l'angle du vilebrequin 0 selon la formule z = 2(1-cose+À- IÀ2 -sin2e), C étant la course du piston, À = 21, 1 étant l'entraxe de la bielle 1. c La figure 3 représente trois courbes de compression pure avec une pression au point mort bas de 2 bar absolus, l'alésage a étant de 84 mm, la course c du n 7 piston étant de 90 mm, À= 3,2. La première courbe A correspond à une compression pure classique avec un taux de compression constant de 16, la deuxième courbe B correspond à une compression pure avec un taux de compression constant de 18, et la troisième courbe C correspond à une compression pure hybride résultant de la présence de quatre ensembles cavités/protubérances de diamètre de 20 mm et de hauteur de 3 mm, la compression commençant sur la base du taux de la courbe A et finissant sur la base du taux de la courbe B. Il serait possible que la surface de feu du piston présente d'une part, au moins une cavité qui est adaptée à être obturée par une protubérance portée par la surface de feu de la culasse quand le piston est entre sa position critique et sa position de point mort haut de façon à isoler la cavité de l'injecteur, et, d'autre part, au moins une protubérance adaptée à obturer une cavité portée par la surface de feu de la culasse quand le piston est entre sa position critique et sa position de point mort haut de façon à isoler la cavité de l'injecteur). REVENDICATIONS 1. Chambre de combustion (1) d'un moteur diesel, en communication avec un injecteur (2), délimitée par un alésage (7) réalisé dans une chemise (8), et par les surfaces de feu (9,10) d'une culasse (11) et d'un piston (12), caractérisée en ce que les surfaces de feu (9,10) de la culasse (11) et du piston (12) sont conformées de sorte que la section droite de la chambre de combustion (1) varie en fonction de la position du piston (12) dans l'alésage (7). 2. Chambre de combustion (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les surfaces de feu (9,10) de la culasse (11) et du piston (12) sont conformées de sorte que, quand le piston (12) est entre une position de point mort bas et une position critique, la section droite de la chambre de combustion (1) correspond à celle de l'alésage (7) , et quand le piston (12) est entre la position critique et une position de point mort haut, elle est inférieure à celle de l'alésage (7). 3. Chambre de combustion (1) selon la revendication 2, caractérisée en ce que la surface de feu (10) du piston (12) présente au moins une cavité (13) qui est adaptée à être obturée par une protubérance (14) portée par la surface de feu (9) de la culasse (11) quand le piston (12) est entre sa position critique et sa position de point mort haut de façon à isoler la cavité (13) de l'injecteur (2). 4. Chambre de combustion (1) selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que la surface de feu (9) de la culasse (11) présente au moins une cavité (15) qui est adaptée à être obturée par une protubérance (16) portée par la surface de feu (10) du piston (12) quand ce dernier est entre sa position critique et sa position de point mort haut de façon à isoler la cavité (15) de l'injecteur (2). 5. Chambre de combustion (1) selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que chaque cavité (13,15) est délimitée par une surface latérale (17) qui s'étend parallèlement à l'alésage (7). 6. Chambre de combustion (1) selon la revendication 5, caractérisée en ce que chaque protubérance (14,16) est adaptée à combler la cavité (13,15) correspondante quand le piston (2) est dans sa position de point mort haut. 7. Chambre de combustion (1) selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que chaque cavité (13,15) est de forme cylindrique. 8. Mode de fonctionnement d'un moteur diesel comprenant au moins une chambre de combustion (1) conforme à l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que l'injection du carburant est réalisé quand le piston (12) est entre sa position critique et sa position de point mort haut.