Brevet FR2921688A1 — publié le 20090403

- 1 - PROCEDE ET DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT D'UNE CHAMBRE DE COMBUSTION La présente invention se rapporte au refroidissement d'une chambre de combustion de moteur thermique. Elle a pour objet un procédé de refroidissement d'une chambre de combustion de moteur thermique par aspersion de carburant à l'intérieur de celle-ci, à partir d'un injecteur central. Cette invention a aussi pour objet un dispositif de refroidissement d'une chambre de combustion de moteur thermique, et une chambre de combustion de moteur thermique comportant un injecteur définissant un point central d'injection disposé approximativement au sommet de celle-ci, au moins un orifice d'admission et un orifice d'échappement, ménagés dans le toit de la chambre en dessous de l'orifice d'injection de l'injecteur, et des soupapes d'admission et d'échappement assurant l'obturation de ces orifices pendant une partie du cycle de fonctionnement du moteur. Cette invention trouve ainsi une application privilégiée, mais non exclusive, dans une chambre de combustion de moteur à allumage commandé et à injection directe et centrale. La réduction des émissions de CO2 sur les moteurs à allumage commandé, peut être obtenue en réduisant la cylindrée, tout en adoptant une forte suralimentation. Cette orientation trouve ses limites, notamment à cause - 2 - des phénomènes d'auto inflammation de la charge fraîche, résultant du réchauffement et de l'augmentation de la pression. Le cliquetis peut être limité par un meilleur refroidissement de la culasse, du piston ou encore des soupapes, ou par une optimisation du circuit de refroidissement. La vidange des gaz brûlés résiduels, peut également être optimisée. Toutefois, ces adaptations restent limitées, et 10 s'avèrent insuffisantes pour refroidir efficacement la chambre de combustion dans la mesure souhaitée. La présente invention a pour but d'améliorer le refroidissement de la partie de la chambre la plus chaude, afin de limiter le réchauffement des gaz internes 15 de la chambre de combustion. Dans ce but, elle propose qu'une partie du carburant injecté dans la chambre, soit orienté en direction des soupapes d'échappement. On peut notamment diriger le carburant injecté vers 20 les soupapes d'échappement, dans une proportion de 40% à 80% du débit nécessaire au fonctionnement à richesse un. Un injecteur central dont le point d'injection disposé au sommet de la chambre oriente alors le jet de carburant en direction d'au moins une soupape 25 d'échappement, pendant une partie du cycle de déplacement du cylindre dans la chambre. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est correspond à une vue de dessus de chambre de combustion, et - la figure 2, est une coupe verticale simplifiée de la même chambre. La figure 1 met en évidence l'angle d'ouverture a de deux jets de carburants envoyés à partir d'un point d'injection central la vers des orifices d'échappement 5 d'une chambre de combustion 1. L'emplacement des orifices d'admission 6, et celui d'une bougie 4, décalée par rapport au point central d'injection la, sont également indiqués. Sur la figure 2 apparaissent en coupe le toit lb de la chambre Ide combustion 2 et le départ de deux conduits d'échappement 5a en arrière des deux orifices d'échappement 5 de la figure 1, obturés par deux soupapes d'échappement 3. L'injecteur 2 est placé en position centrale au sommet la la chambre, avec son point d'injection 2a, légèrement décalé vers le bas sur l'axe de symétrie vertical de la chambre. Toutefois, dans une telle chambre, le point d'injection est disposé approximativement au sommet de la chambre. Sur la figure 2, l'injecteur 2, dirige un jet de carburant vers une seule des soupapes 3, mais dans le cadre de l'invention le carburant orienté vers le côté échappement de la chambre peut être dirigé en tout ou partie vers l'une ou vers les deux soupapes d'échappement. - 4 - La chambre de combustion 1 de moteur thermique illustrée par les figures comporte donc un injecteur 2 définissant un point central d'injection 2a disposé approximativement au sommet de celle-ci, au moins un orifice d'admission 6 et un orifice d'échappement 5, ménagés dans le toit de la chambre en dessous de l'orifice d'injection 2a de l'injecteur, 2, et des soupapes d'admission et d'échappement 3, assurant l'obturation de ces orifices pendant une partie du cycle de fonctionnement du moteur. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, il est prévu, en raison des performances obtenues, de diriger une partie du débit de carburant vers les soupapes d'échappement 3, dans une proportion de 40% à 80% du débit nécessaire au fonctionnement à richesse un. Le reste du débit peut alors avantageusement être réparti entre le côté admission de la chambre, et le côté échappement hors soupapes. Toutefois, il est préférable de ne pas conserver une telle répartition sur l'ensemble du cycle de combustion. Ainsi, les meilleurs résultats ont été obtenus en se limitant à la partie du cycle de combustion comprise entre le passage du cylindre au point mort haut admission, et une position déterminée du vilebrequin. On peut par exemple l'interrompre, lorsque l'angle de rotation du vilebrequin à partir du point moteur haut est d'environ 30°. - 5 - Les indications géométriques concernant le jet des de carburant envoyé sur les soupapes d'échappement, qui sont données sur figures sont les suivantes : - p est la distance du point d'injection 2a au 5 sommet de la chambre la, - h est l'écart vertical entre le sommet la de la chambre, et le haut 3a de la soupape, - H est l'écart vertical entre le sommet la de la chambre, et le bas 3b de la soupape, 10 - h-p est l'écart vertical entre le point d'injection 2a, et le haut de la soupape 3a - H-h est projection verticale du diamètre de la soupape D est l'écart horizontal entre le sommet de la 15 chambre la, et le bas 3b de la soupape d est l'écart horizontal entre le sommet de la chambre la, et le haut 3a de la soupape L est la distance du point d'injection 2a, à l'axe des soupapes. 20 L'angle d'ouverture a du jet de carburant envoyé sur les soupapes d'échappement 3 vu du point d'injection 2a (cf. figure 1), peut être défini par sa tangente, égale au rapport du rayon des soupapes d'échappement (r) par la distance L du point d'injection 2a à l'axe des 25 soupapes : Tang (a/2) = r / L. Dans un plan vertical passant par le point d'injection 2a, le sommet géométrique la de la chambre et le centre de la soupape (cf. figure 2), le jet de carburant est séparé de l'horizontale (normale à l'axe de la chambre) par un angle(3 défini par sa tangente, égale au rapport de l'écart vertical h-p entre le point d'injection 2a et le haut 3a de la soupape, sur l'écart horizontal d entre le centre de la chambre et le haut 3a de la soupape : Tang (13) = (h-p)/d Dans ce même plan, le jet de carburant envoyé sur les soupapes d'échappement est séparé de l'axe vertical de la chambre par un angle y, défini par sa tangente, égale au rapport de l'écart horizontal D entre le sommet la la chambre, et le bas 3b de la soupape, sur la projection verticale du diamètre de la soupape H-h : Tang (y) = D /H-h. En conclusion, l'injection partielle du carburant vers les soupapes d'échappement (une seule d'entre elles ou les deux) permet de refroidir efficacement la chambre de combustion. En comparaison d'une distribution symétrique du débit de carburant entre l'admission et l'échappement, un jet dissymétrique privilégiant l'échappement, permet de tabler sur une augmentation d'environ 10% du couple moteur à pleine charge. Une répartition selon laquelle le carburant est dirigé vers les soupapes d'échappement dans une proportion de 40% à 80% du débit nécessaire au fonctionnement à richesse un, pendant une partie du cycle, avec une répartition du reste du débit entre le côté admission de la chambre, et le côté échappement hors soupapes, doit donc être privilégiée. REVENDICATIONS 1. Procédé de refroidissement d'une chambre de combustion (1) de moteur thermique par aspersion de carburant à l'intérieur de celle-ci, à partir d'un injecteur central(2), caractérisé en ce qu'une partie du carburant injecté dans la chambre est orienté en direction des soupapes d'échappement (3). 2. Procédé de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le débit de carburant est dirigé vers les soupapes d'échappement (3) dans une proportion de 40% à 80% du débit nécessaire au fonctionnement à richesse un. 3. Procédé de refroidissement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le reste du débit est réparti entre le côté admission de la chambre, et le côté échappement hors soupapes. 4. Procédé de refroidissement selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ce type de répartition du carburant est adopté entre le passage du cylindre au point mort haut admission et une position déterminée du vilebrequin. 5. Procédé de refroidissement selon la revendication 4, caractérisé en ce que cette répartition est interrompue lorsque l'angle de rotation du vilebrequin à partir du point moteur haut, est d'environ 30°. 6. Chambre de combustion (1) de moteur thermique comportant un injecteur (2) définissant un point centrald'injection (2a) disposé approximativement au sommet de celle-ci, au moins un orifice d'admission (4) et un orifice d'échappement(5), ménagés dans le toit de la chambre en dessous de l'orifice d'injection de l'injecteur, et des soupapes d'admission et d'échappement (3) assurant l'obturation de ces orifices pendant une partie du cycle de fonctionnement du moteur, caractérisée en ce qu'un jet de carburant est orienté sur au moins une soupape d'échappement (3) pendant une partie du cycle de déplacement du cylindre dans la chambre. 7. Dispositif de refroidissement d'une chambre de combustion de moteur thermique (1), caractérisé en ce qu'il comporte un injecteur central (2) dont le point d'injection (2a) disposé au sommet de la chambre, oriente le jet de carburant en direction d'au moins une soupape d'échappement (3) pendant une partie du cycle de déplacement du cylindre dans la chambre. 8. Dispositif de refroidissement selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'angle d'ouverture (a) du jet de carburant envoyé sur les soupapes d'échappement (3) vu du point d'injection (2a) est défini par sa tangente, égale au rapport du rayon des soupapes d'échappement (r) par la distance (L) du point d'injection à l'axe des soupapes : Tang (a/2) = r / L 9. Dispositif de refroidissement selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce le jet de carburant envoyé sur les soupapes d'échappement (3) vu dans un plan vertical passant par le point d'injection (2a), le sommet géométrique de la chambre (la) et lecentre de la soupape, est séparé de l'axe vertical de la chambre par un angle (y) défini par sa tangente égale au rapport de l'écart horizontal (D) entre le point d'injection (2a) et l'extrémité inférieure (3b) de la soupape (3), sur la projection verticale du diamètre de la soupape (H-h) : Tang (y) = D /(H-h) 10. Dispositif de refroidissement selon la revendication 7, 8 ou 9, caractérisé en ce le jet de carburant envoyé sur les soupapes d'échappement vu dans un plan vertical passant par le point d'injection, le sommet géométrique de la chambre et le centre de la soupape, est séparé de la normale à l'axe de la chambre par un angle (13) défini par sa tangente égale au rapport de l'écart vertical (h-p) entre le point d'injection (2a) et le haut de la soupape (3), sur l'écart horizontal (d) entre le sommet de la chambre et le haut de la soupape : Tang (13) = (h-p) /d