Brevet FR2910563A1 — publié le 20080627

Moteur à combustion interne avec injecteur rotatif L'invention se rapporte à un moteur à combustion interne de véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement un moteur à combustion interne pouvant être de type moteur diesel à injection directe et comprenant au moins un cylindre, une culasse obturant le cylindre, un piston monté coulissant dans le cylindre, une chambre de combustion définie dans le cylindre entre une face supérieure du piston et une face inférieure de la culasse, un moyen d'injection de carburant se traduisant par des jets d'injection dans la chambre de combustion, un moyen de chauffage destiné à assurer les premières combustions en phase de démarrage, des soupapes d'admission et d'échappement, obturant sélectivement la chambre de combustion, une pompe d'injection destinée à fournir au moyen d'injection du combustible sous pression. Dans le cadre de moteur diesel, le moyen d'allumage est classiquement une bougie de préchauffage, présentant une pointe suffisamment chaude pour assurer la combustion du combustible. Avantageusement, la combustion dans les moteurs diesel peut être assurée par une injection directe et par mouvement tourbillonnant de l'air (encore appelé en terme anglo-saxon : swirl ) : c'est le procédé le plus utilisé sur tous les moteurs modernes, le mouvement tourbillonnant de l'air est amorcé par la forme du conduit d'admission, la chambre de combustion est plus réduite, et comporte une forme variable selon le constructeur en constante évolution en fonction de la normalisation antipollution, afin d'améliorer sans cesse l'homogénéité du mélange air-combustible. L'injecteur utilisé est du type à trous multiple. Le principe de fonctionnement est le suivant : Pendant l'admission, l'air pénètre dans le cylindre par la volute d'admission. Elle lui imprime un mouvement tourbillonnant très intense, créant un cyclone qui se poursuit pendant la compression. En fin de compression, l'injecteur introduit le combustible dans la chambre sphérique du piston. De manière générale, les contraintes de norme de dépollution sont de plus en plus sévères rendant le compromis : consommation û 2910563 2 performances û bruit de combustion û démarrage à froid - ..., de plus en plus difficile à réaliser sur moteur diesel. La prestation démarrage à froid se caractérise principalement par deux composantes : le temps de démarrage et la stabilité post démarrage. 5 Pour assurer au mieux cette prestation, plusieurs leviers sont disponibles : la calibration, la position angulaire du jet d'injection par rapport à la bougie de préchauffage, la longueur de pénétration de la bougie de préchauffage dans la chambre de combustion, la température maximum atteignable par la bougie de préchauffage, ... 10 L'optimum de la position angulaire du jet d'injection par rapport à la bougie de préchauffage au regard de la prestation démarrage à froid est d'appliquer le jet sur la bougie. En effet, elle permet d'assurer la première combustion le plus rapidement possible et surtout d'éviter au maximum les défauts de combustion et donc d'assurer une certaine stabilité. Néanmoins 15 cette configuration dépendante de la longueur de pénétration de la bougie de préchauffage, peut être préjudiciable pour les prestations émissions û consommation et performances : l'impact du jet d'injection sur la bougie générant des imbrûlés et des particules. De plus, la position angulaire du jet d'injection par rapport à la 20 bougie de préchauffage générant le minimum de suies et d'imbrûlés peut être variable en fonction indirecte du régime et de la charge ; la fonction directe étant le niveau de mouvement de tourbillonnant et le temps d'injection. 25 Pour atteindre les optimisations précitées, il est proposé dans la présente invention, un moteur dans lequel, le mélange air û carburant est optimisé grâce au swirl et pour lesquels des moyens sont prévus pour régler de manière optimale la position des jets d'injection par rapport au moyen d'allumage de type bougie de préchauffage. Au cours du cycle de 30 fonctionnement du moteur, il devient possible de régler la position des jets d'injection par rapport à la bougie de préchauffage. Plus précisément l'invention a pour objet un moteur à combustion interne, comprenant au moins un cylindre, une culasse obturant le cylindre, un piston monté coulissant dans le cylindre, une chambre de combustion définie dans le cylindre entre une face supérieure du piston et une face 2910563 inférieure de la culasse, un moyen d'injection de jets de carburant dans la chambre de combustion, un moyen de chauffage ou d'allumage dans la chambre de combustion, des soupapes d'admission et d'échappement obturant sélectivement la chambre de combustion, caractérisé en ce qu'il 5 comprend en outre des moyens pour modifier la position des jets d'injection par rapport au moyen de chauffage ou d'allumage. Selon une variante de l'invention, les moyens pour modifier la position des jets d'injection comprennent des moyens de mise en rotation du moyen d'injection. ~o Selon une variante de l'invention, les moyens de mise en rotation du moyen d'injection comprennent en outre des moyens pour assurer un mouvement continu de rotation. Avantageusement, le moteur comporte en outre des moyens pour entraîner l'air admis dans le cylindre selon un mouvement de 15 tourbillonnement. Selon une variante de l'invention, le moyen d'injection comporte une série d'orifices positionnés latéralement par rapport à l'axe principal de la chambre. Selon une variante de l'invention, le moyen d'allumage est une 20 bougie de préchauffage. Selon une variante de l'invention, le moyen d'injection et le moyen d'allumage forme un angle compris entre 30 et 60 degrés. Selon une variante de l'invention, les moyens de mise en rotation des moyens d'injection sont externes à la chambre de combustion. 25 L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : la figure 1 illustre une vue en coupe schématique et partielle d'un moteur à combustion interne selon l'invention ; 30 la figure 2 illustre une vue en coupe du moyen d'injection générant des jets d'injection, couplé au moyen de chauffage du moteur à combustion illustré en figure 1 ; - la figure 3 illustre une vue de dessus de la chambre de combustion en position de démarrage pour le moteur de la 35 figure 1 ; 2910563 4 la figure 4 illustre une vue de dessus de la chambre à combustion dans laquelle les jets d'injection sont déformés sous l'effet du swirl et comportant des moyens permettant d'éviter le contact des jets d'injection avec le moyen de 5 chauffage, dans le moteur de la figure 1 ; la figure 5 illustre une vue de dessus de la chambre à combustion dans laquelle les jets d'injection sont déformés dans une position intermédiaire correspondant à une situation dite de swirl intermédiaire, dans le moteur de la figure 1 ; 10 Le moteur selon l'invention représenté en figure 1 comprend au moins un cylindre 1, une culasse 2 obturant le cylindre et un piston 3 monté coulissant dans le cylindre 1 ; une chambre de combustion 4 est définie dans le cylindre 1 entre une face supérieure 30 du piston 3 et une face inférieure 15 20 de la culasse 2. Le moteur comprend également un moyen d'injection 5 de carburant, tel qu'une buse ou un injecteur qui débouche dans la chambre de combustion. Le moyen d'injection comprend des orifices (non représentés) , distribués latéralement par rapport à la direction X principale de la chambre 20 de combustion. Le moyen d'injection est alimenté par une pompe 18 d'injection destinée à fournir à l'injecteur 5 du carburant sous pression. Selon l'invention, le moyen d'injection est mis en rotation par des moyens 51 permettant de modifier la position des jets d'injection par rapport à un moyen de chauffage de type bougie de préchauffage, comme il sera explicité plus 25 en détails dans la suite de la description. Un moyen de chauffage 6, tel qu'une bougie plonge également dans la chambre de combustion 4 pour produire une inflammation de mélange air-carburant dans la chambre de combustion 4 à un instant déterminé. 30 La bougie dans le cas des moteurs diesel est une bougie de préchauffage présentant une pointe pouvant être portée à une température suffisante pour générer l'effet recherché. Typiquement l'axe de la bougie peut faire un angle avec le moyen d'injection voisin de 45 degrés. Le moteur comporte également une ou plusieurs soupapes 35 d'admission 7 et une ou plusieurs soupapes d'échappement 8 obturant 2910563 5 sélectivement des passages entre la chambre de combustion 4 et respectivement, un conduit d'admission 9 et un conduit d `échappement 10. La figure 2 illustre plus en détails, le moyen d'injection 5, les orifices 50, les moyens de mise en rotation 51 ainsi que le moyen d'allumage 5 6. Sont également représentés deux jets d'injection de carburant 521 et 522. La figure 3 illustre une vue partielle de dessus de la chambre de combustion permettant de mettre en évidence la position des jets d'injection 521 , 522 , 523 , 524 , 525 , 526, 527, 528, de carburant issus de 8 orifices 501 , 503 , 504 , 505 , 506, 507, 508 et le moyen d'allumage 6 en l'occurrence la 10 bougie de préchauffage. La figure 4 illustre l'évolution de la forme des jets d'injection sous l'effet du swirl. Selon l'invention, il est prévu des moyens permettant dans ce cas de positionner différemment les jets d'injection par rapport à la bougie. Dans le cas où le niveau de swirl est important (fonction du régime 15 moteur et de la charge), afin de minimiser l'impact du jet d'injection sur la bougie, l'injecteur est avantageusement placé de telle sorte que la bougie soit au plus proche du jet qui s'éloigne avec le mouvement tourbillonnant de l'air appelé swirl ; ceci afin de garantir que le jet référencé sur la figure 523sf pour un mouvement de swirl fort, en amont de la bougie dans le 20 sens du swirl Ss, ne vienne impacter cette dernière ou au moins que l'impact soit minimisé. La figure 5 illustre une configuration intermédiaire, dans le cas d'un mouvement tourbillonnant de l'air dit moyen. En effet il est possible en première approche d'adopter la position injecteur explicitée dans le cas d'un 25 niveau de swirl important tel qu'illustré en figure 4, mais la représentation schématique des jets par un cône parfait n'est pas exacte ; en réalité le carburant est injecté sous forme de gouttelettes qui peuvent parfois être très dispersées ; en d'autres termes si le swirl n'est pas assez important il se peut que des gouttelettes de carburant provenant du jet aval bougie 524sm 30 dans le sens du swirl viennent impacter cette dernière. Par conséquent, pour ces cas de fonctionnement, une position intermédiaire (correspondant à un jet référencé 523sm et relatif à un swirl moyen) à la position démarrage à froid (correspondant à une position de jet d'injection sur la bougie) et une position swirl important pourrait être optimale d'un point de vue 35 émissions de suies et d'hydrocarbures imbrûlés. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne, comprenant au moins un cylindre (1), une culasse (2) obturant le cylindre, un piston (3) monté coulissant dans le cylindre, une chambre de combustion définie dans le cylindre entre une face supérieure (30) du piston et une face inférieure de la culasse, un moyen d'injection de jets de carburant (5) dans la chambre de combustion, un moyen de chauffage ou d'allumage (6) dans la chambre de combustion, des soupapes d'admission (7) et d'échappement (8) obturant sélectivement la chambre de combustion, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (51) pour modifier la position des jets d'injection par rapport au moyen de chauffage ou d'allumage. 2. Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour modifier la position des jets d'injection comprennent des moyens de mise en rotation du moyen d'injection . 3. Moteur à combustion interne selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de mise en rotation du moyen d'injection comprennent en outre des moyens pour assurer un mouvement continu de rotation. 4. Moteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen d'injection comporte une série d'orifices (50) positionnés 20 latéralement par rapport à l'axe principal de la chambre. 5. Moteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour entraîner l'air admis dans le cylindre selon un mouvement de tourbillonnement. 6. Moteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce 25 que le moyen d'allumage est une bougie de préchauffage. 7. Moteur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le moyen d'injection et le moyen d'allumage forme un angle compris entre 30 et 60 degrés. 8. Moteur selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce 30 que les moyens de mise en rotation des moyens d'injection sont externes à la chambre de combustion.