Brevet FR2939842A1 — publié le 20100618

(1) La présente invention concerne la chambre de combustion d'un moteur thermique à essence, deux ou quatre-temps, chambre dont le dessin particulier autorise, à pleine admission, l'utilisation d'un taux de compression élevé type Diesel. Lorsque l'on sait qu'une pression de fonctionnement forte se traduit, à la fois par une augmentation du rendement et une baisse de la consommation, on comprend mieux l'intérêt des constructeurs pour une telle démarche. Une solution existe, mais elle est loin d'être aboutie. Sept années de recherches favorisées par l'émergence de nouvelles technologies de contrôle moteur : Commande variable des soupapes, capteurs de pression de cylindre très fiables, microprocesseurs puissants, nouveaux logiciels etc. n'ont pas, semble t'il, donné les résultats escomptés, en particulier au démarrage et aux charges extrêmes. Le dispositif selon l'invention, emprunte une voie différente, moins sophistiquée, qui vise à gommer les insuffisances énumèrées ci-dessus. Il ne s'agit plus de contrôler le phénomène � détonation �, mais lorsqu'il se produit, d'en limiter les effets négatifs alors que l'embiellage se trouve en position défavorable sur deux plans : Mécanique et rendement. Le principe retenu est de n'offrir à la brusque montée en pression qu'une surface limitée du piston. La zone critique étant dépassée, la pression de détente peut alors s'appliquer sur toute la surface de l'organe mobile et assurer,à rendement optimal la bonne marche du moteur. Caractéristiques techniques : L'invention s'appliquant indifféremment aux moteurs actuels deux et quatre-temps, priorité est donnée au système le plus simple pour servir de support au dispositif selon l'invention. Dispositif caractérisé (Fig.l) par un agencement particulier de la culasse interne (1) et du piston (2). La culasse (1) en alliage lèger suffisamment dimensionnée, si non en fonte, reçoit en son centre et dans un alésage prévu à cet effet, un bloc cylindrique (3) en fonte qui émerge de la culasse vers le bas et dans lequel est usinée la première demi-chambre de combustion centrale (4) dont l'ouverture cylindrique est dotée de six lumières de transfert (5) et le sommet hémisphérique, d'un injecteur haute pression carburant (6) . Une bougie d'allumage (7) est éventuellement prévue pour les départs à froid. Le piston (2) en alliage léger traité reçoit en son centre, emmanché à force, une chemise (8) en acier spécial, dont la partie émergente passe ,lors de la compression ( flèche C), de la position indiquée (Fig.2) à celle du point mort-haut (Fig.1). Cette chemise constitue,en grande partie, la seconde demi-chambre de combustion (9) et vient coulisser, sans contact, sur la première avec un jeu de 3 à 5/10 de mm. De leur imbrication (Fig.2) naissent la chambre de combustion centrale (10) et son complé-. -ment la chambre annulaire (11) qui renferme de l'air compressé non carburé. Remarque importante : Si au cours de la remontée du piston (Flèche C, Fig. 2) on prend en considération les volumes de chacune des chambres (10 et 11), d'une part au moment de leur formation (Fig.2) et d'autre part à l'arrivée du piston au point mort -haut (Fig.1) on constate que le rapport volumétrique de chacune d'elles, est différent : Environ ( 4,25 ) pour l'annulaire, ( 2,75 ) pour la centrale, ce qui signifie, qu'avant détonation, un courant d'air comprimé annulaire tente, au travers des six lumières de transfert (5) de rejoindre la chambre centrale de combustion, garantissant ainsi l'équilibre des pressions entre la (10) et la(11) et favorisant du même coup le brassage du mélange qui vient de se former grâce à l'injecteur (6). Sachant que le principe de l'innovation est de n'offrir à la pression de détonation qu'une surface d'application limitée sur le piston,force est de constater (Fig. l) que 2939842 (2) cette surface est celle du cercle interne de base de la chambre (8) soit 3,5 cm2-pour le moteur aux cotes de la figure précitée, alors que sur un moteur classique c'est toute la surface qui reçoit le choc. L'avantage, bien que difficile à évaluer avec précision est néanmoins évident 5 et loin d'être négligeable. Précisons qu'au moment de la détonation, en principe 14 degrés de rotation moteur avant et après le point mort-haut, les six lumières de transfert étant occultées par le haut de la chemise (Fig.l), la chambre centrale de combustion (10) n'est pas pour autant une enceinte hermétiquement close et cela en raison du jeu entre ses 10 organes coulissants, fuite dont l'aspect positif est un amortissement secondaire du coup de bélier de détonation. Notons également que le secteur critique qui vient d'être évoqué û 28 degrés autour du point mort-haut û peut s'avérer un peu juste. Pour l'augmenter de quelques degrés il suffit d'abaisser le niveau des lumières de transfert (5) de quelques dixièmes 15 de millimètre. Le dispositif selon l'invention appliqué au moteur quatre-temps (Fig.4) pour lequel il est plus particulièrement destiné. L'ensemble des caractéristiques techniques détaillées ci-dessus et qui montrent le dispositif équipant un moteur deux-temps sont intégralement transposables à un 20 moteur quatre-temps en respectant, bien sûr, le diagramme propre à ce type de moteur. Son adaptation ne devrait pas poser de problèmes majeurs, toutefois, compte-tenu du taux de compression exigé, trouver un juste milieu entre la levée des soupapes et la position du piston au point mort-haut est à considérer. Levée qui demanderait à être réduite lors de l'avance à l'admission et du retard à l'échappement en vue de limiter la 25 hauteur de la chambre annulaire (11) et arriver ainsi plus facilement au rapport volumétrique exigé. Fonctionnement du moteur équipé du dispositif. Une fois lancé le moteur qui, rappelons- le, aspire à chaque tour et sans restriction la même quantité d'air, affiche les particularités de fonctionnement suivantes : 30 Compression : Rapport volumétrique ( 20/1 et +) Autoallumage. Dès l'effacement de la lumière d'échappement , la compression qui commence et se poursuit avec la montée du piston est en tout point comparable à celle d'un moteur classique de même type, à cette différence près : Lorsque la partie la plus avancée du piston, en l'occurrence le haut de la chemise (8), atteint la sortie de la demi-chambre de 35 combustion culasse (Fig.2), deux chambres se forment :La centrale de combustion (10) et l'annulaire (11). Le piston est alors à 37,5 degrés de rotation moteur du point mort-haut. Une première injection carburant a lieu ( Injecteur 6) , un courant d'air compressé venant de l'annulaire (Il ) pénètre par les lumières de transfert dans la chambre centrale de 40 combustion (10) et lui confère une certaine étanchéité. Encore quelques degrés et c'est l'occultation des lumières de transfert par le haut de la chemise (Fig.3 û 14 degrés avant le point mort-haut ). La zone critique est atteinte, la détonation peut survenir à tout moment et développer sa formidable pression Or, sa surface d'application sur le piston ne dépasse pas 3,5 cm~ si bien que même en 45 position défavorable de l'embiellage, l'impact sur le rendement sera nettement moins important que si toute la surface de l'organe mobile avait été concernée. (3 ) La zone critique dépassée û 14 degrés après le point mort-haut û la détente effective commence. En fonction de la charge, une seconde injection peut intervenir ( injecteur 6) . Quoi qu'il en soit , les lumières de transfert arrosent la chambre annulaire (Il ) en gaz à haute température et améliorent la transformation en cours. A la séparation des organes coulissants (37,5 degrés après le point mort-haut) toute la surface du piston est de nouveau soumise à la pression de combustion. La boucle est bouclée, la détonation a bien eu lieu, ses effets indésirables ont été minimisés. Grâce au taux de compression élevé, le rendement du moteur équipé du dispositif selon l'invention, a été amélioré. Le mélange situé entre l'ultra pauvre et le dosage parfait a eu pour conséquences : Une baisse de la consommation et de la pollution .Enfin, l'investissement, propre à la modification du moteur s'est avérée des plus raisonnable surtout en regard des retombées dont l'ampleur serait appréciée sur sur un marché qui en a bien besoin. Nota : La double injection n'est pas traitée ici, elle reste l'apanage de firmes 15 spécialisées, firmes dont les ingénieurs maîtrisent parfaitement la technique. REVENDICATIONS1) Moteur thermique à essence, à deux ou quatre temps, fonctionnant à pleine admission et taux de compression élevé, donc sujet à la détonation, comportant au moins un cylindre, fermé par une culasse (1), dans lequel se déplace un piston (2), caractérisé en ce qu'au voisinage du point mort haut la chambre (10) dans laquelle a lieu la combustion est constituée de deux demi-chambres centrales (4, 9) coulissant sans contact l'une dans l'autre, formées pour l'une d'entre elles (4) dans la culasse et io pour l'autre (9) dans le piston, de façon à délimiter ensemble un volume fermé, isolé du reste de la chambre de combustion, afin de limiter la surface d'application de la pression des gaz de combustion sur le piston et par conséquent de soulager l'embiellage. 15 2) Moteur thermique à essence selon la revendication 1 caractérisé en ce que la demi-chambre (9) formée dans le piston est délimitée latéralement par une chemise (8) en acier spécial emmanchée à force. 3) Moteur thermique à essence selon la revendication 2 caractérisé en ce que la 20 demi-chambre (4) formée dans la culasse est constituée d'une pièce susceptible de coulisser dans la chemise (8) du piston (2) et usinée dans un bloc cylindrique en fonte, cette pièce étant emmanchée à force dans un alésage central de la culasse, comportant au niveau de sa base six lumières (5) de transfert placées en couronne, et étant alimentée en carburant, au niveau de son sommet intérieur hémisphérique, 25 par un injecteur haute pression (6), une bougie d'allumage (7) pouvant être éventuellement prévue. 4) Moteur thermique à essence selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que, lors de la formation de la chambre centrale (10) à 30 la remontée du piston, une première injection carburant est délivrée par l'injecteur (6), un courant d'air comprimé, provenant de la partie annulaire (11) de la chambre de combustion entourant la chambre centrale (10), pénétrant par les lumières de transfert (5) jusqu'à leur occultation, s'opposant ainsi aux fuites du mélange présent dans la chambre centrale (10) et lui conférant une certaine étanchéité, et contribuant 35 également au brassage de ce mélange et à l'équilibrage des pressions entre les chambres annulaire (11) et centrale (10). 5) Moteur thermique à essence selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'occultation des lumières de transfert (5) a lieu pour un angle de vilebrequin égal à 40 14 degrés avant le point mort haut, lors de la remontée du piston (2), ces lumières (5) permettant, lors de la descente du piston (2), pour un angle de vilebrequin égal à 14 degrés après le point mort haut, le passage des gaz de combustion vers la chambre annulaire (11). 45 6) Moteur thermique à essence selon l'une quelconque des revendications 4, 5 caractérisé en ce que, pour un angle de vilebrequin égal à 14 degrés après le point mort haut, une seconde injection carburant est susceptible d'être délivrée par l'injecteur (6), en fonction de la charge du moteur. 7) Moteur thermique à essence selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le début ou la fin du coulissement des deux demi-chambres (4, 9) l'une dans l'autre a lieu pour un angle de vilebrequin égal à 37,5 degrés avant ou après le point mort haut, le jeu de coulissement étant de 3 à 5 dixièmes de millimètres.