Brevet FR3014495A1 — publié le 20150612

La présente invention se rapporte à un moteur à combustion interne fonctionnant avec une injection concomitante de deux carburants dans un même cycle moteur, notamment pour un véhicule automobile. Comme cela est largement connu, le fonctionnement d'un tel moteur avec ce type d'injection est issu des deux modes de combustion. Un de ces modes est la combustion à allumage commandé fonctionnant avec un carburant permettant d'obtenir un mélange carburé homogène à la stoechiométrie, comme de l'essence, un carburant gazeux ou de l'éthanol. Ce type de carburant a généralement un indice d'octane élevé, ce qui est peu propice à l'auto-inflammation. Ceci permet donc de réaliser une combustion du mélange par propagation de flamme. Ce type de combustion a cependant pour avantage de minimiser le rejet d'émissions de polluants, tels que les oxydes d'azote (NOx). L'autre de ces modes concerne la combustion d'un mélange carburé avec flamme de diffusion en utilisant un carburant de type Diesel ou bioDiesel. Ce carburant a un indice de cétane élevé qui est favorable à l'auto-inflammation. Ce type de combustion a pour intérêt de limiter la consommation de 20 carburant mais son fonctionnement avec un mélange carburé pauvre rend le post traitement des NOx plus complexe. Comme mieux illustré sur la figure 1 montrant un exemple de l'état de la technique, un tel moteur comprend un cylindre 10 à l'intérieur duquel se déplace 25 un piston 12 en un mouvement alternatif rectiligne, une culasse 14 fermant le cylindre en partie haute, des moyens d'admission 16 avec une tubulure d'admission 18 contrôlée par une soupape d'admission 20, des moyens d'échappement 22 des gaz brûlés avec une tubulure d'échappement 24 et une soupape d'échappement 26 et des moyens d'injection indirecte 28 et directe 30 de 30 carburant. Les moyens d'injection indirecte comprennent un injecteur 32 introduisant du carburant dans la tubulure d'admission 18 pour qu'il se mélange avec l'air qui y circule alors que les moyens d'injection directe comprennent un injecteur 34 projetant un autre carburant dans le cylindre. Le piston 12 comprend un bol concave 36 logeant un téton 38, une zone de chasse 40 située en partie haute du piston et une série de segments 42 placée sur la périphérie du piston. Ainsi, la chambre de combustion 44 de ce moteur est formée par la paroi du cylindre, la partie de la culasse 14 en regard du piston et la partie haute du piston avec son bol et la zone de chasse. Durant le fonctionnement du moteur avec une injection concomitante de carburants, l'injecteur de carburant 32 introduit du carburant dans la tubulure d'admission 18 de ce moteur et se mélange avec le fluide présent dans la tubulure pour réaliser un mélange carburé. Ce mélange carburé homogène est admis dans la chambre de combustion 44 pendant la phase d'admission du moteur au travers de sa tubulure d'admission. Ce mélange introduit dans la chambre de combustion du moteur occupe alors tout le volume de cette chambre de combustion. A la suite de cette phase d'admission, le moteur suit une phase de compression où le mélange carburé présent dans la chambre de combustion est comprimé. Aux environs du point mort haut du piston, un autre carburant, comme du Diesel, provenant de l'injecteur 34 est introduit directement dans la chambre de combustion. Plus précisément, ce carburant est introduit dans le mélange carburé homogène comprimé déjà contenu dans la chambre de combustion de manière à réaliser un mélange stratifié partiel. Sous l'effet conjugué de la chaleur dégagée par le mélange carburé comprimé et les radicaux du Diesel, le mélange carburé stratifié s'auto-enflamme. Suite à cette auto-inflammation, le dégagement de chaleur permet de démarrer la combustion du mélange carburé via des mécanismes complexes dont la flamme de propagation. Ce mode de combustion avec une injection concomitante de carburants permet d'atteindre de forts rendements du fait de rapports de compression élevés, d'une vitesse de combustion rapide et d'une fin combustion rapide. Un moteur fonctionnant en injection concomitante de carburants a cependant un inconvénient non négligeable. En effet, le mélange carburé homogène va aller se loger dans tous les endroits de la chambre de combustion 44, et plus particulièrement dans les zones de chasse 40 situées en partie haute du piston et dans les zones du volume mort formé par la hauteur importante du premier cordon, généralement considérée entre le premier segment 42 et la face supérieure du piston. Ces zones sont relativement froides du fait d'échanges thermiques importants avec les parois environnantes du cylindre. Il devient alors très difficile de brûler le mélange carburé présent dans ces zones du fait des faibles conditions de température et une flamme ne peut donc correctement s'y propager. Le mélange carburé dans ces zones risque donc fortement de ne pas brûler, or la quantité de carburant du mélange carburé de ces zones peut représenter jusqu'à 5% de la masse du carburant injecté. La non-consommation de ce carburant dégrade le rendement de combustion et est responsable d'émissions importantes d'hydrocarbures imbrûlés parfois difficiles à post-traiter. Notamment, dans le cas d'un moteur utilisant du gaz naturel pour réaliser un mélange carburé homogène, le post-traitement du méthane (CH4) est une réelle difficulté à prendre en compte dans l'évaluation du potentiel d'un moteur avec injection concomitante de carburants. La présente invention se propose de remédier aux inconvénients ci-dessus grâce à un moteur à combustion interne fonctionnant en injection concomitante de carburants avec la combustion quasi-totale du mélange carburé. A cet effet, la présente invention concerne un moteur à combustion interne fonctionnant avec une injection concomitant de carburants, notamment pour véhicule automobile, comprenant au moins un cylindre logeant un piston, des moyens d'admission, des moyens d'échappement, des moyens d'injection indirecte d'un carburant et des moyens d'injection directe d'un autre carburant, caractérisé en ce que la face supérieure du piston est formée d'une proéminence saillante en direction des moyens d'injection directe. La proéminence peut être est un cône ou une calotte ou un dôme. La proéminence peut comprendre une base et un sommet dirigé vers les moyens d'injection directe. L'angle au sommet de la proéminence peut être sensiblement égal à l'angle de nappe de jets provenant des moyens d'injection directe. L'étendue de la base de la proéminence peut être moindre que l'étendue de la section transversale du piston. Le carburant injecté par les moyens d'injection indirecte peut comprendre un carburant gazeux. Le carburant injecté par les moyens d'injection directe peut comprendre du Diesel. Les autres caractéristiques et avantages de l'invention vont apparaître maintenant à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, et à laquelle sont annexées : - la figure 1 qui est un schéma montrant un moteur à combustion interne fonctionnant en injection concomitante de carburants selon l'état de la technique et - la figure 2 qui illustre schématiquement montrant un moteur à combustion interne fonctionnant en injection concomitante de carburants selon l'invention. Sur la figure 2, le moteur à combustion interne illustré est un moteur à combustion interne fonctionnant en injection concomitante de carburants, notamment pour un véhicule automobile. Dans la suite de la description et uniquement à titre d'exemple, le premier carburant un carburant gazeux, de type GNV (Gaz Naturel pour Véhicule), permettant d'obtenir un mélange carburé homogène voisin de la stoechiométrie alors que le deuxième carburant est du diesel avec un indice de cétane compatible avec une auto-inflammation pour obtenir une combustion avec flamme de pré-mélange et de diffusion. Bien entendu tout autre association de deux carburants peut être envisagée, comme de l'essence avec du Diesel à titre d'exemple. De même, le terme fluide utilisé dans la description désigne de l'air à pression ambiante ou de l'air suralimenté ou encore un mélange d'air (suralimenté ou non) avec des gaz brûlés. Sur la figure 2, le moteur comprend au moins un cylindre 50 avec un piston 52, une culasse 54, des moyens d'admission 56 avec une tubulure d'admission 58 contrôlée par un moyen d'obturation, tel qu'une soupape d'admission 60, des moyens d'échappement 62 des gaz brûlés avec une tubulure d'échappement 64 et une soupape d'échappement 66, un injecteur indirect de carburant 68 introduisant du carburant, ici du GNV, dans la tubulure d'admission 58 pour qu'il se mélange avec le fluide qui y circule et un injecteur direct de carburant 70 projetant un autre carburant - du Diesel - dans le cylindre. Comme mieux visible sur la figure 2, la face supérieure 72 du piston 52 se présente sous la forme d'une proéminence s'érigeant vers l'injecteur direct 70. Cette proéminence est ici sous la forme d'un cône 74 dont l'étendue de sa base 76 est confondue avec l'étendue de la section transversale du piston et dont le sommet 78 est en regard de l'injecteur direct 70. Avantageusement, l'axe du cône est confondu avec celui de l'injecteur direct de manière à mieux répartir les jets de carburant 80. Préférentiellement, l'angle au sommet a du cône est sensiblement égal à l'angle de nappe de jets 13 de l'injecteur direct 70. De manière avantageuse, l'angle de nappe de jets 13 est aux environs de 150°. Il peut être également envisagé, comme cela est illustré en traits pointillés sur la figure 2, que l'étendue de la base 76' du cône 74 soit moindre que l'étendue de la section transversale du piston. Cela est particulièrement utile pour pouvoir réaliser le taux de compression 5 du moteur qui est demandé. La chambre de combustion est alors formée par la paroi du cylindre, la partie de la culasse 54 en regard du piston et la paroi du cône 74 porté par le piston 52. 10 Grâce à cette forme saillante de la face supérieure du piston, les volumes morts ou les zones froides où le mélange carburé est présent sont alors plus réduits. De plus, l'absence de bol va permettre à la flamme et/ou aux jets de 15 carburant chaud d'atteindre toutes les zones de la chambre de combustion. Il est alors possible de remonter la position du premier segment sur le piston afin de limiter la masse de mélange carburé enfermé dans cette zone. Toutefois, si du mélange carburé parvient à être piégé dans ce volume mort, 20 celui-ci sera évacué, lors la phase d'expansion du moteur, dans des régions à bien plus fortes températures du fait des réactions de combustion susceptibles d'avoir lieu à proximité des parois. De plus, de par la suppression des réentrants du bol, la longueur libre des 25 jets de carburant Diesel est augmentée en autorisant des stratégies d'injection plus variées sans risquer de mouiller les parois du cylindre, ce qui ne peut que limiter les émissions de polluants et préserver le film d'huile entre le piston et le cylindre. 30 Bien entendu, d'autres formes de la face supérieure peuvent être envisagées, comme une proéminence en forme de calotte ou de dôme, dont le sommet courbe fait saillie en direction de l'injecteur direct 70. De même, comme précédemment décrit, il peut être envisagé que la base de la calotte ou du dôme soit d'étendue moindre que celle de la section transversale du piston. REVENDICATIONS1) Moteur à combustion interne fonctionnant avec une injection concomitant de carburants, notamment pour véhicule automobile, comprenant au moins un cylindre (50) logeant un piston (52), des moyens d'admission (56), des moyens d'échappement (62), des moyens d'injection indirecte (8) d'un carburant et des moyens d'injection directe (70) d'un autre carburant, caractérisé en ce que la face supérieure (72) du piston est formée d'une proéminence (74) saillante en direction des moyens d'injection directe (70). 2) Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que la proéminence est un cône (74). 3) Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que la proéminence est une calotte. 4) Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que la proéminence est un dôme. 5) Moteur à combustion interne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la proéminence comprend une base (76, 76') et un sommet (78) dirigé vers les moyens d'injection directe (70). 6) Moteur à combustion interne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'angle au sommet (a) de la proéminence (72, 74) est sensiblement égal à l'angle de nappe de jets (13) provenant des moyens d'injection directe (70). 7) Moteur à combustion interne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étendue de la base (76') de la proéminence (72, 74) est moindre que l'étendue de la section transversale du piston. 8) Moteur à combustion interne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le carburant injecté par les moyens d'injection indirecte (68) comprend un carburant gazeux. 9) Moteur à combustion interne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le carburant injecté par les moyens d'injection directe (70) comprend du Diesel.