Brevet FR2918413A1 — publié le 20090109

CHAMBRE DE COMBUSTION POUR MOTEUR THERMIQUE, AMELIORANT LE DEMARRAGE A FROID. L'invention concerne, de façon générale, la conception des moteurs thermiques, en particulier des moteurs à combustion interne et à allumage par compression, équipés de bougies de préchauffage. Plus précisément, l'invention concerne une chambre de combustion pour moteur thermique, notamment pour moteur diesel, comprenant au moins un cylindre, une culasse, un piston, et une bougie implantée dans la culasse, le piston étant monté coulissant dans le cylindre suivant un axe et présentant une face frontale contribuant avec la culasse à délimiter la chambre dans le cylindre, la face frontale du piston présentant un bol comprenant une dépression définie entre un téton central et une couronne périphérique. De façon générale, les moteurs diesel ont des difficultés pour démarrer à froid aux très faibles températures, ces difficultés étant d'autant plus notables que leur rapport volumétrique de compression est faible. Or, les taux de compression de ces moteurs sont régulièrement diminués au fil des années (en moyenne -17 aujourd'hui ccntre -19 en 2000), dans le but d'accroître les performances spécifiques de ces moteurs et/ou d'en améliorer la dépollution sur cycle. Aussi le départ à froid de tels moteurs devient-il de plus en plus problématique, d'autant plus que la baisse des taux de compression de ces moteurs s'accompagne d'exigences accrues en matière de températures inférieures de fonctionnement (jusqu'à -30 C pour les pays de grands froids). Comme les nouveaux concepts de combustion tels que la combustion homogène Diesel (connue de l'homme du métier sous l'acronyme "HCCI") requièrent, pour un fonctionnement optimal, un taux de compression encore plus faible ;au maximum égal à 14), il est essentiel d'améliorer le démarrage à froid des moteurs diesel à faible taux de compression, et/ou de permettre le démarrage de ces moteurs à des températures encore plus basses. Pour démarrer en condition de froid intense, les moteurs diesel utilisent la plupart du temps une bougie de préchauffage, qui a pour effet de créer, dans la chambre de combustion, un point chaud qui permet de déclencher le processus de combustion. Face à la réduction du taux de compression et afin de compenser la perte thermique des gaz qui en résulte dans la chambre, on utilise le plus souvent des bougies de préchauffage ayant des niveaux maximaux de température de plus en plus élevés. Cependant, les contraintes acceptables en termes de puissance consommée, de tenue des matériaux, et de coût des bougies (notamment des bougies en céramique qui sont actuellement les plus performantes) limitent cette augmentation de température. Une autre voie en cours d'exploration, et qui consiste à augmenter l'énergie électrique transmise à la bougie et/ou au démarreur pour augmenter le régime moteur lors de son lancement, requiert une augmentation importante de la puissance de la batterie et conduit également à un coût élevé. Dans ce contexte, l'invention a pour but de proposer une chambre de combustion permettant d'améliorer de façon sensible le départ à froid des moteurs à combustion interne, en particulier des moteurs diesel. A cette fin, la chambre de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisée en ce que la dépression est essentiellement formée d'une cavité annulaire qui, dans un plan de coupe axial de la chambre, se raccorde au téton par un point d'inversion de concavité, et en ce que la cavité annulaire présente, au point d'inversion de concavité et dans le plan de coupe axial de la chambre, une tangente qui pointe sensiblement vers la bougie, pour dévier vers la bougie les gaz circulant dans cette cavité. Bien qu'un piston présentant une cavité annulaire et un téton se rejoignant en un point d'inversion de concavité soit. déjà décrit dans la demande japonaise JP 2000-158119, la présente invention inscrit ces caractéristiques dans un environnement particulier qui leur permettent de développer un résultat spécifique et original. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après,. à titre indicatif et nullement limitatif, en référence au dessin annexé dont l'unique figure est une vue en coupe schématique partielle d'une chambre de combustion conforme à l'invention. Comme annoncé précédemment, l'invention concerne une chambre de combustion pour moteur thermique, notamment pour moteur diesel, cette chambre comprenant au moins un cylindre 1, une culasse 2, un piston 3, une bougie 4 implantée dans la culasse 2, et un injecteur de carburant INJ. Le piston 3 est monté coulissant dans le cylindre 1 suivant un axe Z et présente une face frontale contribuant avec la culasse 2 à délimiter la chambre dans le cylindre 1. La face frontale du piston 3 présente un bol 5 bordé par une couronne périphérique 6, le bol 5 comprenant un téton central 52 et une dépression 51 définie entre ce téton central 52 et la couronne périphérique 6. Selon un premier aspect de l'invention, la dépression 51 est essentiellement formée d'une cavité annulaire qui, dans un plan de coupe axial de la chambre correspondant au plan de la figure, se raccorde au téton 52 par un point IK d'inversion de concavité. Par ailleurs, la cavité annulaire 51 présente, au point IK d'inversion de concavité et dans le plan de coupe axial, une tangente T qui pointe sensiblement vers la bougie 4. Plus précisément, la tangente T pointe vers la zone 40 dans laquelle se situe le point chaud créé par la bougie 4. Grâce à cet agencement, la cavité 51 dévie vers la zone chaude 40 les gaz G qui circulent dans cette cavité. De préférence, la tangente T à la cavité annulaire 51 au point d'inversion IK forme avec l'axe Z un angle au plus égal à 10 degrés. Par ailleurs, le téton 52, dans le plan de coupe 30 axial de la chambre et au-delà du point IK d'inversion de concavité suivant une direction centripète, est avantageusement délimité par un bord 520 formant, avec l'axe Z, un angle A compris entre 30 et 45 degrés. Ainsi, les gaz G, au passage du point IK, rencontrent une rupture de pente, le téton 52 pouvant en outre présenter globalement la forme d'un tronc de cône de révolution autour de l'axe Z. L'invention permet d'augmenter la qualité d'un démarrage à froid, qui se juge sur plusieurs critères tels que le temps de départ, la qualité de montée en régime, la stabilité au régime ralenti, etc. Le jet de carburant émis par l'injecteur INJ et symbolisé par la flèche G s'enroule dans la cavité annulaire 51 après être passé au voisinage du point chaud 40 créé par la bougie 4. Lors de ce passage, un démarrage du moteur est possible à la condition d'être dans une configuration favorable. En réalité, ce phénomène est assez sensible à la position de la bougie ainsi qu'à d'autres paramètres qui concourent à réduire la probabilité du démarrage. Dans ces conditions, l'invention vise à exploiter un autre mécanisme de démarrage, qu'on appellera secondaire, et qui est consécutif au guidage du jet G par le bol 5, ce mécanisme secondaire étant optimisé selon l'invention par la double pente rencontrée par le jet G au point IK. Plus précisément, cet agencement permet d'accroître l'interaction du champ vapeur de carburant, issu du guidage du jet par le bol 5, avec l'extrémité inférieure 40 de la bougie de préchauffage dans le but de : - réduire le temps de démarrage par une meilleure mise à feu résultant de l'interaction rapide entre le champ vapeur et la bougie, - réduire la sensibilité à la position de la bougie dans la mesure où le guidage par le bol tend à évaser le jet, de sorte que l'interaction entre la bougie et le carburant a lieu sur une plus large zone dans le mécanisme seccndaire, et - améliorer la stabilité de la combustion dans la 10 mesure où la zone chaude 40 est bien alimentée en carburant. Comme le comprendra l'homme du métier à la lecture de la présente description, la position du point IK d'inversion de concavité, qui se trouve sur un cercle de 15 rupture de pente centré sur l'axe Z, pourra très avantageusement être optimisée sur chaque moteur en fonction de la position de la bougie 4, et notamment de l'éloignement de cette bougie par rapport à l'axe Z. REVENDICATIONS . 1. Chambre de combustion pour moteur thermique, notamment pour moteur diesel, comprenant au moins un cylindre (1), une culasse (2), un piston (3), et une bougie (4) implantée dans la culasse (2), le piston (3) étant monté coulissant dans le cylindre (1) suivant un axe (Z) et présentant une face frontale contribuant avec la culasse (2) à délimiter la chambre dans le cylindre (1), la face frontale du piston (3) présentant un bol (5) comprenant une dépression (51) définie entre un téton central (52) et une couronne périphérique (6), caractérisée en ce que la dépression (51) est essentiellement formée d'une cavité annulaire (51) qui, dans un plan de coupe axial de la chambre, se raccorde au téton (52) par un point (IK) d'inversion de concavité, et en ce que la cavité annulaire (51) présente, au point (IK) d'inversion de concavité et dans le plan de coupe axial de la chambre, une tangente (T) qui pointe sensiblement vers la bougie (4), pour dévier vers la bougie (4) les gaz (G) circulant dans cette cavité (51). 2. Chambre suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la tangente (T) à la cavité annulaire (51) au point d'inversion (IK) forme avec l'axe (Z) un angle au plus égal à 10 degrés. 3. Chambre suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le téton (52), dans le plan de coupe axial de la chambre et au-delà du point d'inversion de concavité (IK) suivant une direction centripète, est délimité par un bord (520) formant avec l'axe (Z) un angle (A) compris entre 30 et 45 degrés. 4. Chambre suivant la revendication 3, caractérisée en ce que le téton (52) présente sensiblement la forme d'un tronc de cône.