Brevet FR2885650A1 — publié le 20061117

L'invention concerne en général les moteurs thermiques pour véhicule automobile. Plus précisément, l'invention concerne un moteur thermique pour véhicule automobile pourvu d'au moins un cylindre présentanr: un axe central, d'une culasse fermant le ou chaque cylindre, et d'un piston mobile à l'intérieur du ou de chaque cylindre selon l'axe central, ce piston étant délimité vers la culasse par une surface au moins en partie concave, la partie concave formant un bol, ladite surface définissant, avec la culasse et le cylindre, une chambre de combustion de volume variable en fonction des mou- vements du piston. Les constructeurs automobiles cherchent constamment à optimiser la combustion du carburant à l'intérieur des chambres de combustion, de façon à améliorer les performances des moteurs thermiques. L'invention s'inscrit dans cette démarche et vise à proposer un moteur dont les chambres de combustion permettent de moduler la combustion du carburant. Dans ce contexte, le moteur de l'invention, du type précité, est caractérisé en ce qu'au moins un parmi le bol ou la culasse préE.ente, vers l'intérieur de la chambre de combustion, un ou plusieurs reliefs en saillie ou en creux par rapport à la surface moyenne du bol ou de la culasse, présentant un sommet excentré par rapport à l'axe X. Le moteur peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées suivant toutes les combina sons technique-ment possibles: - le bol présente un fond convexe, le ou les reliefs étant ménagés au moins sur le fond convexe; - le fond présente un sommet et un bord périphérique respectivement relativement plus proche et relativement plus éloignés de la culasse selon l'axe central, le ou les reliefs s'étendant à distance à la fois du sommet et du bord périphérique; - le fond convexe présente une forme conique, tonca nique ou en portion de sphère; - au moins un relief est une aspérité en saillie sur une hauteur comprise entre 0,1 et 10 millimètres par rapport à la surface moyenne du bol ou de la culasse; l'aspérité est délimitée par des faces libres formant une pente maximale par rapport à la surface moyenne du bol ou de la culasse comprise entre 30 et 120 ; - au moins un relief est sensiblement ponctuel; - au moins un relief présente une symétrie de révolution autour de l'axe central; le bol ou la culasse comprennent vers l'intérieur de la chambre de combustion plusieurs reliefs présentant une symétrie de révolution autour de l'axe central, disposés de manière concentrique; et - les reliefs sont obtenus par moulage, par usinage ou par projection de particules sur la surface du bol ou de la culasse. D'autres caractéristiques ou avantages de l'invention ressortiront de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limita-tif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles: - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une partie d'un cylindre d'un moteur conforme à un premier mode de réalisation de l'invention; - la figure 2 est une vue agrandie d'un détail Il de la figure 1; - la figure 3 est une vue axiale du bol de la figure 1, considérée suivant la flèche III de la figure 1; - la figure 4 est une vue similaire à celle de la figure: 1, pour un second mode de réalisation de l'invention; - la figure 5 est une vue agrandie d'un détail V de la figure 4; - la figure 6 est une vue axiale en plan du bol de la figure 3, considérée suivant la flèche VI de la figure 3; - la figure 7 est une vue similaire à celle de la figure 1 pour une va-riante de réalisation de l'invention; et - la figure 8 est une vue agrandie de la culasse de la figure 7. Le moteur thermique comprend généralement quatre cylindres du type représenté sur la figure 1. Chaque cylindre 2, de sectic n circulaire, pré-sente un axe central X et une extrémité ouverte 4. Le miDteur comprend, pour chaque cylindre 2, un piston 6 mobile à l'intérieur du cylindre 2 selon l'axe central X, des soupapes d'admission et d'échappement (non représentées), et un injecteur 8. Le moteur comprend encore une culasse 10, portant les soupapes d'admission et d'échappement et l'injecteur E, fermant de fa- çon étanche les extrémités ouvertes 4 des cylindres 2. Le piston 6 comprend, à sa périphérie, des segments 12 d'étanchéité portant contre la surface intérieure du cylindre 2. Ces segrrents 12 glissent sur le cylindre 2 pendant les mouvements axiaux du piston 6, et maintiennent constamment l'étanchéité entre le piston 6 et le cylindre 2. Le piston 6 est délimité, vers la culasse 10, par une surface libre 14 présentant une partie centrale concave 16 formant un bol, ^at une partie radialement extérieure 18, plane, entourant le bol 16. La partie plane 18 s'étend dans un plan perpendiculaire à l'axe central X. La surface libre 14 délimite, avec le cylindre 2 et la culasse 10, une chambre de combustion 20. La chambre 20 présente un volume variable en fonction des mouvements du piston 6. La culasse 10 comprend des canaux d'admission d'air dans la chambre de combustion 20, et d'échappement des gaz de combustion hors de la chambre 20. Ces canaux sont sélectivement ouverts et fermés, respectivement, par les soupapes d'admission et d'échap- pement. L'injecteur 8 est apte à injecter sous haute pression dia gazole à l'intérieur de la chambre 20. L'injecteur 8 est disposé au centre de la face ouverte 4, et injecte le gazole dans la chambre 20 sous la forme d'un jet de goutte-lettes occupant un angle solide d'axe X. L'admission d'air, l'injection de gazole, et l'échappement des gaz de combustion du gazole hors de la chambre de combustion 20, sont synchronisés avec les mouvements du piston 6, de manière connue en soi, et qui ne sera pas décrite ici. Le bol 16 présente une forme générale en coupelle, à symétrie de révolution autour de l'axe X. II présente un fond convexe tronconique 22, de hauteur sensiblement égale à 50 % de la profondeur du bol 16. Le fond convexe 22 présente un sommet situé sur l'axe X, un bord périphérique et une bande centrale tronconique s'étendant entre le sommet et le bord. La paroi circonférentielle 24 du bol 16 comprend un tronçon cylindrique d'axe X, prolongé par un tronçon incurvé vers le fond 22 et se raccordant au bord périphérique de celui-ci. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, correspondant aux figures 1 à 3, le fond convexe 22 du bol 16 comprend trois reliefs 24 en saillie par rapport à la surface moyenne S du bol 16. Ces reliefs 24 présentent la forme de vagues annulaires, concentriques et centn;es sur l'axe X, s'étendant sur toute la périphérie du fond 22. On appelle surface moyenne du bol la surface dessinant la forme gé-nérale du bol, y compris la forme générale du fond convexe. La surface moyenne suit les éléments de grandes tailles, comme le fond convexe, mais pas les reliefs de petites tailles, comme les vagues 24. Ces vagues 24 sont ménagées à distance à la fois du sommet du fond 22 et de son bord périphérique, sur une bande centrale de ce fond. Ces vagues présentent une hauteur d'environ 5 mm par rapport à la surface moyenne du fond 22. Les sommets des vagues 24 sont légèrement arrond s et présentent donc un profil continûment dérivable. Les sommets sont excentrés par rapport à l'axe X, c'est-à-dire situé à distance de l'axe X. Comme le montre la figure 2, chaque vague est délimitée par deux faces planes libres opposées, formant une pente a d'environ 30 par rapport à la surface moyenne du fond 22. Ces vagues sont obtenues par usinage du fond 22 du bol 16. Les trois vagues concentriques 24 définissent entre elles deux rainures annulaires 26, en creux par rapport à la surface moyenne du fond 22. Les rainures 26 présentent des sections concaves, de profils arrondis, continûment dérivables. Les volumes des vagues 24 en saillie par rapport à la surface moyenne, et les volumes des rainures 26 en creux par rapport à cette même surface moyenne, sont sensiblement égaux. Le nombre de vagues est de préférence compris entre 1 et 40, et la hauteur des vagues par rapport à la surface moyenne du fond 22 est inversement proportionnelle au nombre de vagues ménagées. A titre d'exemple, une hauteur de 10 mm est choisie pour une vague unique, de 5 mm pour trois vagues, comme indiqué ci-dessus, et de 0,5 mm pour quarante vagues. La pente maximale formée par les faces planes des vagues par rapport à la surface moyenne du fond 22 est comprise entre 30 et 60 . On va maintenant détailler le fonctionnement du cylindre décrit ci-dessus. L'injecteur 8 injecte une quantité déterminée de gazole dans la chambre de combustion 20 quand le cylindre 6 se trouve à proxirr ité de la culasse 10. Le gazole est projeté dans le bol sous forme de gouttelettes, une partie de celles-ci venant se loger entre les vagues concentriques 24. Le piston se déplace ensuite vers le bas de la figure 1, c'est-à-dire en s'éloignant de la culasse 10, de façon à faire augmenter le volume de la chambre 20. Une partie des gouttelettes de gazole est retenue sur le fond du bol 22, entre les vagues 24. Ces gouttelettes sont relâchées pendant la course du piston 6 vers le bas de la figure 1, dans le champ balayé par la surface 14. II en résulte tout d'abord que l'inflammation du gazole contenu dans la chambre de combustion 20 est retardée, et se produit donc plus tard que si le fond du bol ne comportait pas les vagues 24. Par ailleur3, la combustion du gazole est plus lente, du fait du relâchement progressif du gazole piégé entre les vagues 24. Une quantité de gazole plus faible est brûlée par unité de temps, c'est-à-dire par degré vilebrequin. Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention, représenté sur les figures 4 à 6, le fond 22 du bol 16 comprend un nombre important de reliefs ponctuels 28, en saillie par rapport à la surface moyenne du fond 22. Ces reliefs 28 présentent la forme de picots, présentant une hauteur infé- rieure à 0,5 mm par rapport à la surface moyenne S du fond 22. Ces picots 28 sont distribués sur le fond 22, de manière régulière, comme le montre la figure 6, ou de manière irrégulière. Comme le montre la figure 5, ils sont délimités par des faces libres formant une pente a maximale par rapport à la surface moyenne du fond 22 généralement comprise entre 60 et 120 , et typiquement egale à 80 . Les picots 28 sont pointus, comme on le voit sur la figure 5. Ces picots 28 sont typiquement obtenus par moulage ou par projection de particules solides, par exemple par grenaillage de particules métalliques, sur le fond 22. L'effet obtenu dans le cas du second mode de réalisation de l'inven- tion est complètement différent de l'effet obtenu dans le cas du premier mode de réalisation. En effet, comme précédemment, l'injecteur 8 injecte une quantité déterminée de gazole lorsque le piston 6 est situé à proximité de la culasse 10. Les gouttelettes de gazole venant frapper les picots 28 sont soumises à des phénomènes à la fois thermiques et mécaniques. Ces gouttelettes sont brisées mécaniquement sous l'effet du choc contre les picots 28, de telle sorte qu'elles subissent une réduction de taille. Par ailleurs, les pointes des picots 28 constituent des points chauds provoquant l'évaporation d'une partie du gazole projeté. On obtient ainsi, dans la chambre de combustion 20, un mé- lange homogène de gazole vaporisé et de gazole liquide sous forme de fines gouttelettes. Ici encore, l'inflammation du mélange de gazole et d'air dans la chambre de combustion est retardée par rapport au cas où le fond 22 du bol 16 est lisse. En revanche, la fraction du gazole brûlée par unité de temps, c'est-à-dire par degré vilebrequin, est plus grande que dans le pre- mier mode de réalisation. Dans une variante de réalisation, représentée sur les ligures 7 et 8, la culasse 10 peut présenter vers l'intérieur de la chambre de combustion 20 des reliefs 24 en saillie ou en creux par rapport à la surface moyenne de la culasse. Ces reliefs peuvent être des picots ponctuels, comme dans le deuxième mode de réalisation décrit plus haut, ou présenter la forme de vagues à symétrie de révolution autour de l'axe X. Ces reliefs peuvent être symétriques par rapport à un plan médian P, comme le montre la figure 6. Ces reliefs peuvent également être dissymétri- ques, et être délimités par deux faces libres présentant des gentes différentes par rapport à la surface moyenne de la culasse, ceci s'a ppliquant aussi bien à un relief en creux qu'à un relief en saillie. Comme le montre la figure 7, les gouttelettes de gazc le projetées par l'injecteur 8 se réfléchissent contre le fond 22 du bol 16, et viennent au contact des reliefs de la culasse. L'effet obtenu dépend di type de reliefs ménagés sur la culasse. Si ces reliefs sont ponctuels, de petites tailles, et de profil pointu, les gouttelettes arrivant sur la culasse seront divisées et vaporisées. Au contraire, si les reliefs sont de grandes tailles, de profil peu aigu, les gouttelettes seront captées entre les reliefs, et seront relâchées progressivement sous l'effet des mouvements de gaz provoqués d ans la chambre 20 par la descente du piston 6. On notera qu'il est possible de ménager des reliefs à la fois sur le fond du bol et sur la culasse, ce qui accroît encore l'effet recherché. Le bol peut présenter un fond 22 de forme conique d'axe X, tronconique d'axe X, en section de sphère, ou même un fond plat s'étendant perpendiculairement à l'axe X. Dans le cas où le fond 22 présente une forme conique ou tronconique, l'angle de conicité du fond est de préférence supé- rieur à 40 . REVENDICATIONS 1. Moteur thermique pourvu d'au moins un cylindre (2) présentant un axe central (X), d'une culasse (10) fermant le ou chaque cylindre (2), et d'un piston (6) mobile à l'intérieur du ou de chaque cylindre (2) selon l'axe central (X), ce piston (6) étant délimité vers la culasse (10) par une surface (14) au moins en partie concave, la partie concave formant un bol (16), ladite sur-face (14) définissant avec la culasse (10) et le cylindre (2) une chambre de combustion (20) de volume variable en fonction des mouvements du piston (6), caractérisé en ce qu'au moins un parmi le bol (16) ou la culasse (10) présente vers l'intérieur de la chambre de combustion un ou plusieurs reliefs (24, 28) en saillie ou en creux par rapport à la surface moyènne (S) du bol (16) ou de la culasse (10), présentant un sommet excentre par rapport à l'axe (X). 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bol (16) 15 présente un fond convexe (22), le ou les reliefs (24, 28) étant ménagés au moins sur le fond convexe (22). 3. Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fond (22) présente un sommet et un bord périphérique respectivement relativement plus proche et relativement plus éloignés de la culasse (10) selon l'axe cen- tral (X), le ou les reliefs (24, 28) s'étendant à distance à la foi, du sommet et du bord périphérique. 4. Moteur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le fond convexe (22) présente une forme conique, tronconique ou en portion de sphère. 5. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que au moins un relief (24, 28) est une aspérité en saillie sur une hauteur comprise entre 0,1 et 10 millimètres par rappor: à la surface moyenne (S) du bol (16) ou de la culasse (10). 6. Moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'aspérité (24, 28) est délimitée par des faces libres formant une pente maximale par rapport à la surface moyenne (S) du bol (16) ou de la culasse (10) comprise entre 30 et 120 . 7. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que au moins un relief (28) est sensiblement ponctuel. 8. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que au moins un relief (24) présente une symétrie de révolution autour de l'axe central (X). 9. Moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le bol (16) ou la culasse (10) comprennent vers l'intérieur de la chambre de combustion (20) plusieurs reliefs (24) présentant une symétrie de révolution autour de l'axe central (X), disposés de manière concentrique. 10. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les reliefs (24, 28) sont obtenus par moulage, par usinage ou par projection de particules sur la surface du bol (16) ou de la culasse (10).