Brevet FR3067063A1 — publié le 20181207

PISTON DE MOTEUR THERMIQUE [1] L'invention concerne de manière générale le domaine des moteurs thermiques. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un piston de moteur thermique. L'invention se rapporte aussi à toutes les applications des moteurs thermiques, notamment comme moteurs de propulsion de véhicules terrestres ou maritimes, notamment de véhicules automobiles, ou comme génératrice dans des applications autres que la propulsion de véhicules. [2] La combustion hétérogène du carburant dans un moteur thermique Diesel génère des suies. [003] Dans un moteur thermique équipé de pistons ayant un dessin de bol de combustion classique, le passage des suies dans l'huile du moteur est influencé par deux mécanismes lors de la combustion. [4] Dans le premier mécanisme, une première bouffée de suies résulte de la cinétique du jet de carburant dans la chambre de combustion. Les suies proches du 15 premier cordon du piston, ou cordon de feu, passent dans l'huile moteur du fait d'une fuite des gaz de la chambre de combustion vers le bas du moteur. [5] Dans le deuxième mécanisme, une deuxième bouffée due au mécanisme aérodynamique de chasse inverse transporte les suies du bol vers la zone de chasse. Les suies se déposent alors sur les parois du cylindre au cours de la phase de détente et 20 passent ensuite dans l'huile moteur du fait du raclage par la segmentation du piston. [6] L'accumulation des suies dans l'huile dégrade les qualités lubrifiantes de celle-ci. La dégradation des qualités lubrifiantes de l'huile induit un risque d'usure, voire de casse, de certaines pièces mécaniques. Il en résulte la nécessité de réduire l'intervalle entre deux vidanges, ce qui accroit le coût d'entretien du véhicule. 25 [007] Par CN103696870B, il est connu un piston muni d'un bol de combustion ayant un profil en W et comportant une rainure biseautée au-dessus d'une lèvre périphérique du bol. Ce piston de la technique antérieure n'apporte pas de solution au problème de l'accumulation des suies dans l'huile du moteur thermique. 3067063 2 [8] Il existe donc un besoin pour un piston ayant une géométrie optimisée du bol, de manière à réduire le passage des suies dans l'huile moteur et éviter ainsi la dégradation des qualités lubrifiantes de celle-ci. [9] L'invention concerne un piston de moteur thermique comprenant un bol de 5 combustion de carburant et une partie supérieure formant une zone de chasse du piston, le bol de combustion de carburant ayant une cavité centrale, une cavité annulaire, une lèvre située au niveau d'une périphérie supérieure de la cavité centrale, et la cavité annulaire surplombant la cavité centrale en étant située entre la lèvre et la partie supérieure. 10 [0010] Conformément à l'invention, la cavité annulaire est définie par un plateau annulaire entourant la lèvre et formant un angle a compris entre 80 degrés et 100 degrés avec une paroi périphérique s'élevant du plateau annulaire jusqu'à la partie supérieure. Pour certaines formes de réalisation particulières, l'angle a pourra être compris entre 85 degrés et 95 degrés. [0011] Selon une caractéristique particulière, une zone de raccordement entre une zone de surface descendante et un fond de la cavité centrale est convexe. [0012] Selon une autre caractéristique particulière, le piston selon l'invention a un rapport Y/Z, en pourcentage, compris entre 50% et 90%, Y étant une hauteur du plateau annulaire par rapport à un fond de la cavité centrale, et Z étant une hauteur de la partie supérieure par rapport au fond de la cavité centrale. [0013] Selon encore une autre caractéristique particulière, le piston selon l'invention a un rapport BIC, en pourcentage, compris entre 30% et 70%, B étant une largeur diamétrale du plateau annulaire, entre la lèvre et la paroi périphérique, et C étant une largeur diamétrale entre la lèvre et un bord externe de piston. [0014] Selon encore une autre caractéristique particulière, le piston selon l'invention a un rapport X/Z, en pourcentage, compris entre 20% et 40%, 3067063 3 X étant la hauteur d'un sommet de la cavité centrale par rapport au fond de celle-ci, et Z étant la hauteur de la partie supérieure par rapport au fond de la cavité centrale. 5 [0015] Selon encore une autre caractéristique particulière, le piston selon l'invention a un rapport X/A, en pourcentage, compris entre 10% et 30%, X étant la hauteur du sommet de la cavité centrale par rapport au fond de celle-ci, et A étant un rayon minimum de la cavité centrale. 10 [0016] Selon d'autres aspects, l'invention concerne également un moteur thermique comprenant au moins un piston comme décrit brièvement ci-dessus et un véhicule automobile équipé d'un tel moteur thermique. [0017] D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous de plusieurs formes de 15 réalisation particulières d'un piston de moteur thermique selon l'invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la Fig.1 est une vue simplifiée montrant la structure géométrique et les cotes correspondantes d'un piston de moteur thermique Diesel selon l'invention ; la Fig.2 est une vue tronquée en perspective de la partie supérieure du piston de la 20 Fig.1 ; les Figs.3A à 30 montrent des distributions des gaz dans la chambre de combustion pour des angles de rotation de vilebrequin de 14°, 19° et 25° ; les Figs.4A et 4B montrent des zooms de la cavité centrale du piston selon l'invention pour le bol de l'invention et un bol de la technique antérieure, avec un angle de 25 rotation de vilebrequin de 45° ; les Figs.5A et 5B montrent des zooms dans la zone de chasse du piston selon l'invention pour le bol de l'invention et un bol de la technique antérieure, avec un angle de rotation de vilebrequin de 65° ; et 3067063 4 la Fig.6 montre une variante de réalisation du piston selon l'invention. [0018] En référence aux Figs.1 et 2, il est décrit ci-dessous la partie supérieure d'un piston 1 selon l'invention pour un moteur thermique de type Diesel. Le piston 1 a un axe longitudinal AA et comprend, de manière classique, un bol de combustion 2. 5 [0019] Comme montré aux Figs.1 et 2, le bol 2 comporte une cavité centrale 21 et une cavité annulaire 22 qui surplombe la cavité centrale 21. Aux cavité centrale 21 et cavité annulaire 22 correspondent respectivement un volume principal V1 et un volume secondaire V2. [0020] La cavité centrale 21 est une cavité asymétrique formant un bol de combustion de 10 piston Diesel. La cavité centrale 21 a un profil curviligne avec un sommet 21 et une lèvre 3. La lèvre 3 est située à une périphérie supérieure de la cavité centrale 21. La lèvre 3 sépare la cavité centrale 21 de la cavité annulaire 22. Dans le profil curviligne, le raccordement entre une zone de surface descendante 20 et un fond 24 de la cavité centrale 21 est convexe. On notera que ce raccordement convexe apporte une meilleure extraction des 15 suies dans le fond de bol 2. [0021] La cavité annulaire 22 comporte un plateau annulaire 22 et une paroi périphérique 23 dont la forme circulaire est centrée sur l'axe longitudinal AA du piston 1. Le plateau annulaire 22 s'étend diamétralement depuis la lèvre 3 jusqu'à la paroi périphérique 23. La paroi périphérique 23 s'élève verticalement du plateau annulaire 22 jusqu'à une partie 20 plane supérieure 4 du piston appelée « zone de chasse ». La paroi périphérique 23 et le plateau annulaire 22 sont agencés de préférence de manière sensiblement perpendiculaire. Plus précisément, la paroi périphérique 23 et le plateau annulaire 22 forment un angle a qui pourra être compris entre 80° et 100°. De préérence, l'angle a sera compris entre 85° et 95°. Une marche ME est ainsi érmée entre le plateau 22 et la partie 25 plane supérieure de chasse 4. [0022] La partie plane supérieure 4 a une forme annulaire qui s'étend depuis une extrémité haute de la paroi périphérique 23 jusqu'à un bord externe de piston 42. [0023] Dans la forme de réalisation montrée à la Fig.1, les plans horizontaux du plateau annulaire 22 et de la partie plane supérieure 4 sont perpendiculaires à l'axe longitudinal 30 AA du piston 1. 3067063 5 [0024] Les essais réalisés par l'entité inventive ont permis de définir une structure géométrique optimale pour le piston 1 selon l'invention. [0025] En référence à la Fig.1, la structure géométrique du piston 1 est définie au moyen des cotes suivantes : 5 - a qui est l'angle entre le plateau annulaire 22 et la paroi périphérique 23 qui définissent la cavité annulaire 22. - A qui est un rayon minimum de la cavité centrale 21 ; - B qui est une largeur diamétrale du plateau annulaire 22, entre la lèvre 3 et la paroi périphérique 23 ; 10 - C qui est une largeur diamétrale entre la lèvre 3 et le bord externe de piston 42; - X qui est la hauteur du sommet 21 par rapport à un fond 24 de la cavité centrale 21 ; et - Y qui est la hauteur du plateau annulaire 22 par rapport au fond 24 de la cavité centrale 21 ; et 15 - Z qui est la hauteur de la partie plane supérieure 4 par rapport au fond 24 de la cavité centrale 21. [0026] Les relations suivantes 1) à 5) définissent la structure géométrique optimale du piston 1 selon l'invention : 1) 800 REVENDICATIONS1. Piston de moteur thermique comprenant un bol de combustion de carburant (2) et une partie supérieure (4) formant une zone de chasse du piston, ledit bol de combustion de carburant (2) ayant une cavité centrale (21), une cavité annulaire (22), une lèvre (3) située au niveau d'une périphérie supérieure de ladite cavité centrale (21), et ladite cavité annulaire (22) surplombant ladite cavité centrale (21) en étant située entre ladite lèvre (3) et ladite partie supérieure (4), caractérisé en ce que ladite cavité annulaire (22) est définie par un plateau annulaire (22) entourant ladite lèvre (3) et formant un angle a compris entre 80 degrés et 100 degrés avec une paroi périphérique (23) s'élevant dudit plateau annulaire (22) jusqu'à ladite partie supérieure (4). 2. Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit angle a est compris entre 85 degrés et 95 degrés. 3. Piston selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une zone de raccordement entre une zone de surface descendante (20) et un fond (24) de ladite cavité centrale (21) est convexe. 4. Piston selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que son rapport Y/Z, en pourcentage, est compris entre 50% et 90%, Y étant une hauteur dudit plateau annulaire (22) par rapport à un fond (24) de ladite cavité centrale (21), et Z étant une hauteur de ladite partie supérieure (4) par rapport audit fond (24) de ladite cavité centrale (21). 5. Piston selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que son rapport BIC, en pourcentage, est compris entre 30% et 70%, B étant une largeur diamétrale dudit plateau annulaire (22), entre ladite lèvre (3) et ladite paroi périphérique (23), et C étant une largeur diamétrale entre ladite lèvre (3) et un bord externe de piston (42). 3067063 9 6. Piston selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que son rapport X/Z, en pourcentage, est compris entre 20% et 40%, X étant la hauteur d'un sommet (21) de ladite cavité centrale (21) par rapport à un fond (24) de celle-ci, et 5 Z étant une hauteur de ladite partie supérieure (4) par rapport audit fond (24) de ladite cavité centrale (21). 7. Piston selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que son rapport X/A, en pourcentage, est compris entre 10% et 30%, X étant la hauteur d'un sommet (21) de ladite cavité centrale (21) par rapport 10 à un fond (24) de celle-ci, et A étant un rayon minimum de ladite cavité centrale (21). 8. Moteur thermique caractérisé en ce qu'il comprend au moins un piston selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 9. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un moteur thermique selon la 15 revendication 8.