Brevet FR2920481A1 — publié le 20090306

"Piston de moteur à combustion pour rapport volumétrique variable" L'invention propose un piston pour moteur à combustion interne permettant de faire varier le rapport volumétrique du 5 moteur. L'invention propose plus particulièrement un piston pour un moteur à combustion interne, dont la face supérieure délimite la partie inférieure d'une chambre de combustion, et dans laquelle est réalisée une cavité en forme de bol comportant un fond io inférieur et une paroi annulaire supérieure, qui comporte un corps principal et une partie qui est montée mobile par rapport au corps, pour modifier le rapport volumétrique de la chambre de combustion, dont une face de la partie mobile forme une partie de la face supérieure du piston. 15 Diverses technologies sont apparues récemment dans le but de diminuer la consommation et les émissions des moteurs thermiques. Ces technologies concernent notamment l'ajustement du rapport volumétrique du moteur, c'est-à-dire le rapport entre le 20 volume de la chambre de combustion au point mort bas du piston et le point mort haut du piston. Un rapport volumétrique élevé a pour conséquence une élévation de la température maximale de combustion du carburant, et donc une production d'éléments polluants appelés 25 NOx. Par contre, un rapport volumétrique faible rend le démarrage du moteur difficile à froid, et la combustion n'est pas stable. Pour cela, il a été proposé de faire varier le rapport 30 volumétrique lors du fonctionnement du moteur. Le document US-A-3.656.412 décrit un piston permettant de modifier le rapport volumétrique du moteur, qui comporte un corps central relié au vilebrequin par une bielle, et une couronne 2 externe monté coulissante axialement par rapport au corps, et dont la face supérieure délimite la partie inférieure de la chambre de combustion. Pour améliorer le mélange du carburant avec les gaz d'admission, la face supérieure du piston comporte une cavité, ou "bol" d'injection dans laquelle le carburant est injecté sous la forme de plusieurs jets d'injection. La cavité comporte notamment une gorge annulaire dont les parois sont formées en fonction des jets d'injection. io Ainsi, selon le document US-A-3.656.412, lors du déplacement axial de la couronne externe par rapport au corps, la cavité se déplace aussi, réduisant par conséquent l'efficacité de la cavité. L'invention a pour but de proposer un piston permettant de 15 faire varier le rapport volumétrique du moteur, sans que la variation du volume n'ait d'influence sur les autres propriétés du piston. Dans ce but, l'invention propose un piston tel que décrit précédemment, caractérisé en ce que la partie mobile est 20 agencée à l'intérieur de la cavité, et est apte à coulisser par rapport au corps principal selon l'axe principal du piston. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, prises isolément ou en combinaison : - la partie mobile délimite le fond de la cavité et est 25 mobile axialement par rapport au corps et par rapport à la paroi annulaire de la cavité ; -la paroi annulaire de la cavité est réalisée dans une pièce rapportée sur le corps ; - le corps du piston comporte un logement cylindrique 3o coaxial à l'axe principal du piston, qui est ouvert dans la face supérieure du piston, et dans lequel la partie mobile et la pièce rapportée sont reçues ; 3 - la partie mobile comporte une face d'extrémité inférieure qui est située en vis-à-vis et à distance d'une face de fond du logement cylindrique, délimitant une chambre hydraulique à volume variable ; - le piston comporte des conduits d'alimentation de la chambre hydraulique en liquide sous pression pour entraîner la partie mobile en déplacement axial par rapport au corps du piston ; - le piston comporte des clapets d'obturation des conduits io d'alimentation, qui sont aptes à permettre l'alimentation en liquide ou la vidange de la chambre hydraulique, en fonction de la différence de valeurs entre la pression de liquide dans la chambre hydraulique et la pression de gaz dans la cavité. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 15 apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 est une section axiale d'un piston selon l'invention, pour lequel la partie mobile est en positon haute par 20 rapport au corps ; - la figure 2 est une section similaire à celle de la figure 1, dans laquelle la partie mobile est en position basse par rapport au corps. On a représenté aux figures un piston 10 pour un moteur à 25 combustion interne, qui délimite la partie inférieure d'une chambre de combustion du moteur. La face supérieure 10s du piston 10, qui délimite la partie inférieure de la chambre de combustion, comporte une cavité 12 réalisée de manière à améliorer le mélange du carburant avec les 30 gaz d'admission. Cette cavité 12, aussi appelée "bol" comporte une paroi annulaire 14 supérieure qui débouche axialement vers le haut dans la partie supérieure de la chambre de combustion, un fond 4 16 inférieur d'orientation principale radiale par rapport à l'axe principal A du piston 10. Le carburant est injecté dans la cavité 12 par l'intermédiaire d'un injecteur 22, sous la forme de plusieurs jets d'injection (non représentés). La paroi annulaire 14 est réalisée de manière que les jets de carburant injecté dans le bol sont orientés sensiblement tangentiellement à la paroi 14 annulaire, provoquant un mouvement tourbillonnaire du carburant dans la cavité. io Le piston 10 est en outre réalisé de manière à permettre de modifier le rapport volumétrique du moteur pendant le fonctionnement du moteur. Le piston comporte à cet effet un corps principal 18 et une partie mobile 20. 15 Conformément à l'invention, et comme on peut le voir aux figures, la partie mobile 20 est agencée à l'intérieur de la cavité, de manière qu'elle délimite le fond 16 de la cavité 12. Ainsi, la variation du rapport volumétrique s'effectue en modifiant le volume de la cavité 12. 20 De plus, puisque seul le fond 16 de la cavité 12 se déplace axialement, la paroi annulaire 14 reste immobile par rapport au corps 18 du piston 10. Ainsi, lors de l'injection du carburant dans la cavité 12, la paroi annulaire 14 est toujours à une position axiale optimale par 25 rapport à l'injecteur 22, indépendamment du rapport volumétrique. La partie mobile 20 est reçue dans un logement cylindrique 24 du corps 18, qui est coaxial à la partie mobile 20 et qui est ouvert axialement vers le haut. Un tel logement cylindrique 24 permet notamment le 30 montage de la partie mobile 20 sur le corps 18. Pour empêcher la sortie de la partie mobile 20 hors du logement cylindrique 24, le piston 10 comporte une pièce rapportée 26 de fermeture du logement cylindrique 24 qui est de forme annulaire coaxiale à l'axe principal A. Selon un autre aspect du piston 10, la pièce rapportée 26 délimite en partie la cavité 12. A cet effet, la paroi annulaire 14 5 est réalisée dans la pièce rapportée 26. Pour l'entraînement de la partie mobile 20 en coulissement axial par rapport au corps, le piston comporte un circuit hydraulique 28, comportant une chambre hydraulique 30 à volume variable, des conduits 32 d'alimentation de la chambre io hydraulique 30 et des clapets 34 de commande de la circulation de liquide hydraulique pour le remplissage ou la vidange de la chambre 30. Selon l'invention, la chambre est délimitée par une face inférieure 20i de la pièce mobile 20 qui est située en vis-à-vis et à 15 distance axiale d'une face inférieure de fond 24i du logement cylindrique 24. L'espace délimité par ces deux faces 20i, 24i en vis-à-vis forme la chambre hydraulique 30. Le liquide alimentant la chambre 30 est le liquide de 20 lubrification présent à l'intérieur du moteur. Les clapets 34 sont réalisés de manière à permettre le remplissage ou la vidange de la chambre hydraulique 30. Par exemple, ici, le clapet 34 situé à gauche aux figures permet le remplissage de la chambre et le clapet 34 situé à droite 25 aux figures permet la vidange de la chambre 30. L'ouverture et la fermeture des clapets s'effectuent de manière automatique, en fonction de la différence de pressions entre la pression du liquide à l'intérieur de la chambre 30 et la pression des gaz dans la chambre de combustion et par 30 conséquent dans la cavité 12. On a représenté à la figure 1 le piston 10 selon l'invention, pour lequel la partie mobile 20 est dans une position haute, c'est- 6 à-dire pour un rapport volumétrique élevé. Le volume de la cavité 12 est alors réduit. Dans cette position, la face inférieure 20i de la partie mobile 20 est à distance de la face inférieure 24i du logement cylindrique 24, le volume de la chambre 30 est alors à sa valeur maximale. On a représenté à la figure 2 le piston 10 selon l'invention, pour lequel la partie mobile 20 est dans une position basse, c'est-à-dire pour un faible rapport volumétrique. Le volume de la cavité 12 est alors maximal. Dans cette position, la face inférieure 20i de la partie mobile 20 est à proximité de la face inférieure 24i du logement cylindrique 24, le volume de la chambre 30 est alors à sa valeur minimale.15 REVENDICATIONS 1. Piston (10) pour un moteur à combustion interne, dont la face supérieure (10s) délimite la partie inférieure d'une chambre de combustion, et dans laquelle est réalisée une cavité (12) en forme de bol comportant un fond (16) inférieur et une paroi annulaire (14) supérieure, qui comporte un corps (18) principal et une partie (20) qui est montée mobile par rapport au corps (18), pour modifier le rapport volumétrique de la chambre de combustion, dont une face io (16) de la partie mobile (20) forme une partie de la face supérieure du piston (10), caractérisé en ce que la partie mobile (20) est agencée à l'intérieur de la cavité (12), et est apte à coulisser par rapport au corps (18) principal selon l'axe principal (A) du piston (10). 15 2. Piston (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la partie mobile (20) délimite le fond (16) de la cavité (12) et est mobile axialement par rapport au corps (18) et par rapport à la paroi annulaire (14) de la cavité (12). 3. Piston (10) selon l'une quelconque des revendications 20 précédentes, caractérisé en ce que la paroi annulaire (14) de la cavité (12) est réalisée dans une pièce rapportée (26) sur le corps (18). 4. Piston (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le corps (18) du piston (10) comporte un 25 logement cylindrique (24) coaxial à l'axe principal (A) du piston (10), qui est ouvert dans la face supérieure (10s) du piston (10), et dans lequel la partie mobile (20) et la pièce rapportée (26) sont reçues. 5. Piston (10) selon la revendication précédente, 30 caractérisé en ce que la partie mobile (20) comporte une face (20i) d'extrémité inférieure qui est située en vis-à-vis et à distance d'une face de fond (24i) du logement cylindrique (24), délimitant une chambre hydraulique (30) à volume variable. 8 6. Piston (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le piston (10) comporte des conduits (32) d'alimentation de la chambre hydraulique (30) en liquide sous pression pour entraîner la partie mobile (20) en déplacement axial par rapport au corps (18) du piston (10). 7. Piston (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le piston (10) comporte des clapets (34) d'obturation des conduits d'alimentation (32), qui sont aptes à permettre l'alimentation en liquide ou la vidange de la chambre io hydraulique (30), en fonction de la différence de valeurs entre la pression de liquide dans la chambre hydraulique (30) et la pression de gaz dans la cavité (12).