Piston <B>pour moteur</B> à<B>combustion interne</B> La présente invention a pour objet un pis ton pour moteur à combustion interne, présen tant une cavité de combustion formée dans sa tête et un orifice d'admission dans la cavité, la paroi de cette cavité étant dégagée tout au tour de la périphérie de l'orifice et une portée faisant saillie à partir du fond de cette cavité vers l'orifice d'admission, la surface de la paroi de ladite cavité étant de révolution et coaxiale à ladite portée et à l'orifice d'admission.
Le piston objet de l'invention est caracté risé en ce que la section de l'orifice d'admis sion va en diminuant de la couronne du pis ton vers la cavité, de sorte que les gaz sont accélérés dans leur passage à travers cet ori fice, et en ce que la génératrice de la paroi de la cavité est une ligne présentant un rayon de courbure plus grand au voisinage de ladite portée qu'au voisinage de l'orifice d'admission.
Le dessin annexé représente, à titre d'exem ple, trois formes d'exécution du piston objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en coupe axiale d'un cylindre de moteur de la première forme d'exé cution du piston.
La fig. 2 est une vue depuis le dessus de la tête du piston représenté à la fig. 1. La fig. 3 est une vue analogue à celle de la fig. 1. de la deuxième forme d'exécution ; et la fig. 4 est une vue analogue à celles des fia. 1 et 3 de la troisième forme d'exécution.
Aux fig. 1, 3 et 4, on a représenté un cylindre 1 d'axe 1a pourvu d'une culasse 2 dans laquelle est pratiqué un alésage 4 destiné à recevoir un injecteur de combustible, l'axe 4a de cet alésage formant un angle avec l'axe la mais étant contenu dans un plan contenant cet axe 1 a et indiqué à la fig. 2 par la ligne en trait mixte 4b.
Comme représenté également en trait mixte à la fig. 2, la culasse 2 est en outre percée d'un conduit d'admission d'air 6 qui se termine par un orifice d'admission d'air 5, ce conduit et cet orifice étant disposés de manière que de l'air pénétrant dans le cylindre soit animé d'un mouvement rotatif autour de l'axe la du cylindre, comme indiqué par la flèche 7. Dans le cylindre est monté un pis ton 3 présentant une face supérieure plane et une cavité 8 qui est formée dans sa tête et qui constitue un espace de combustion pour le combustible injecté dans le cylindre du mo teur.
La cavité 8 est accessible à travers un ori fice 9 et cette cavité et l'orifice 9 sont limités par des parois 8b, 10b et 9a dont les surfaces sont de révolution autour d'un axe 8a, la pa roi de la cavité étant dégagée, comme repré senté, tout autour de la périphérie de l'orifice 9.
La cavité 8 est limitée par les parois 8b et 10b qui présentent toutes deux des surfaces engendrées par révolution d'arcs de cercle, le centre 8c de l'arc engendrant la paroi 8b étant décalé par rapport à l'axe 8a d'une quantité égale au rayon de cet arc et le centre 10c de l'arc engendrant la partie de paroi 10b et qui présente un rayon de courbure inférieure à ce lui de l'arc engendrant la partie de paroi 8b étant disposé dans le plan contenant le lieu géométrique des centres 8c et du côté du cen tre 8c correspondant le plus éloigné de l'axe 8a. Les centres 8c et<B>10e</B> sont séparés l'un de l'au tre par une distance égale à la différence entre les rayons de courbure respectifs des arcs gé nérateurs des parties de parois 8b et 10b.
De la sorte, les extrémités des arcs générateurs des parties de parois 8b et 10b les plus éloi gnées de l'axe 8a se raccordent selon une tan gente commune.
Du fait que le centre 8c se trouve à une distance de l'axe 8a égale au rayon de l'arc générateur de la partie de paroi 8b, une por tée dressée 11 est formée au centre de la cavité. Aux fig. 1 et 3, cette portée est pointue et légèrement arrondie de manière à se terminer à une distance du plan contenant les centres 8c et 10c égale à environ deux cinquièmes du rayon de l'arc générateur de la partie de paroi 8b.
Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 4, la portée 11 est aplatie et supporte une tête 14 en forme de champignon dont le but sera expliqué ci-dessous. Cette partie pourrait encore présenter une dépression faisant face à l'orifice d'admission.
La section de l'orifice 9 débouchant dans la cavité 8 va en se rétrécissant, la partie d'en trée étant arrondie et la partie terminale d'ad mission 9a étant formée par une partie d'un cône présentant un angle au sommet de 150, par exemple.
La forme de l'orifice 9 qui va en se ré trécissant vers la cavité 8 provoque une accé lération des gaz s'écoulant à travers cet orifice jusqu'à l'intérieur de la cavité et la forme de cette dernière est telle que des conditions de turbulence intense y règnent.
L'orifice 9 présente un diamètre minimum de faible dimension par rapport au diamètre du piston 3. Le rapport du diamètre de l'ori fice 9 à son endroit de plus faible section au diamètre du piston est avantageusement com pris entre 0,15 : 1 et 0,25 : 1. La forme rétré cie vers la cavité 8 de l'orifice 9 contribue éga lement à accélérer l'écoulement de gaz jus qu'à l'intérieur de la cavité et à y accroître la turbulence.
Ainsi qu'on peut le voir à la fig. 2, l'axe 8a indiqué à cette figure par un point désigné par le, signe de référence A est décalé hors du plan 4b contenant l'axe la du cylindre et l'axe 4a de l'alésage pour l'injecteur de combus tible, et la dimension de ce décalage est choi sie de manière à tenir compte d'une déflexion angulaire du jet de combustible pulvérisé par rapport à l'axe la, cette déflexion étant provo quée par le tourbillon indiqué par la flèche 7 des gaz pénétrant dans le cylindre à travers l'orifice 5.
Ainsi qu'on peut également le voir à la fia. 2, l'axe 8a est décalé par rapport au plan passant par l'axe 1 a et perpendiculaire au plan 4b, la dimension de ce décalage étant choisie de manière que du combustible injecté dans le cylindre puisse passer jusque dans la cavité 8 sans venir frapper les parois limitant l'orifice 9.
Dans chacune des formes d'exécution re présentées, la partie de paroi 10b et l'orifice 9 sont formés dans un anneau 10 vissé dans l'ex trémité extérieure d'un logement formé par coulage ou de toute autre façon dans la tête du piston 3. Cette disposition facilite la fabri cation du piston. Il n'est pas nécessaire que l'anneau 10 soit fait de la même matière que le piston 3. Par exemple, cet anneau peut être fait au moins partiellement en une matière plus résistante à la chaleur que le reste du piston 3, telle qu'une matière céramique, c'est-à-dire qu'il peut être soit entièrement en une telle matière, soit revêtu d'une matière très résis tante à la chaleur, telle qu'une matière céra mique. La partie 8b de la paroi de la cavité 8 et la portée 11 peuvent être formées de bien des façons différentes.
Ainsi, comme représenté à la fig. 1, le fond du logement est formé de fa çon à constituer la partie de paroi 8b et la por tée 11 et à présenter également un épaulement 12 contre lequel l'anneau 10 vient buter lors qu'il est vissé dans le logement.
Ainsi qu'on peut le voir aux fig. 3 et 4, le logement est approximativement cylindrique et la partie 8b de la paroi ainsi que la portée 11 sont formées en insérant au fond de ce lo gement une pièce 15 en forme de disque pré sentant une surface supérieure appropriée. La surface inférieure de la pièce 15 porte contre le fond du logement et, afin de contribuer à isoler thermiquement la tête du piston de la cavité 8, cette pièce est agencée de façon à ne porter contre le fond du logement que sur une partie seulement de sa surface inférieure, le logement présentant une portée périphérique 16 usinée autour de son fond et formant un siège.
La pièce 15 est de préférence faite d'une matière très résistante à la chaleur et elle peut par exemple être faite d'une matière cérami que et isoler ainsi encore mieux la cavité 8 de la tête du piston.
La forme d'exécution représentée à la fig. 4 comprend la tête .14 en forme de champignon qui est faite d'une matière très résistante à la chaleur et qui a la forme d'un corps de révo lution massif autour de l'axe 8a. Cette tête en forme de champignon a un diamètre maximum d'environ 0,15 à 0,25 fois le diamètre du piston. Elle est conformée de manière à dé vier vers le haut et vers la surface lob le com bustible pulvérisé qui vient le frapper. Sa péri phérie surplombe la portée 11, de sorte que tout combustible s'écoulant vers le bas le long de sa surface tombe dans une zone de turbu lence adjacente à sa périphérie. Le sommet de la tête 14 est approximativement de niveau avec le plan contenant les centres de courbure 8c et 10c.
Comme représenté cette tête 14 est formée séparément de la pièce 15 et elle est fixée à celle-ci au moyen d'une tige rivée 14a. Elle pourrait aussi être venue d'une seule pièce avec la pièce 15. La tête 14 contribue à réduire le retard à l'allumage et les bruits de combustion en amé liorant le mélange de combustible et d'air dans la cavité et, en retenant de la chaleur, elle con tribue à l'allumage. Cette forme d'exécution à champignon est particulièrement utile dans les petits moteurs.
De préférence, la disposition est telle, com me représenté, que lorsque le piston se trouve à son point mort haut, l'axe du jet de combus tible pulvérisé passe par le sommet de la por tée à l'intérieur d'un cercle coaxial à la cavité et présentant un rayon égal à 0,1 r, r étant le rayon de l'arc générateur de la cavité présen tant le plus grand rayon.
Au lieu de présenter une surface de ré volution engendrée par deux arcs circulaires, la cavité pourrait aussi présenter une surface engendrée par révolution d'une partie de vraie spirale, le rayon de courbure de cette spirale croissant à partir d'un endroit adjacent à l'ori fice jusqu'à un endroit adjacent à la portée. Cependant, la disposition représentée est pré férable du fait qu'elle facilite l'usinage.
Piston <B> for engine </B> with <B> internal combustion </B> The present invention relates to a piston for an internal combustion engine, having a combustion cavity formed in its head and an orifice for admission into the cavity, the wall of this cavity being released all around the periphery of the orifice and a bearing surface projecting from the bottom of this cavity towards the inlet orifice, the surface of the wall of said cavity being of revolution and coaxial with said bearing surface and with the inlet port.
The piston which is the subject of the invention is characterized in that the section of the admission orifice decreases from the crown of the pis ton towards the cavity, so that the gases are accelerated in their passage through this ori fice, and in that the generatrix of the wall of the cavity is a line having a greater radius of curvature in the vicinity of said bearing than in the vicinity of the intake orifice.
The appended drawing shows, by way of example, three embodiments of the piston which is the subject of the invention.
Fig. 1 is an axial sectional view of an engine cylinder of the first embodiment of the piston.
Fig. 2 is a view from above of the head of the piston shown in FIG. 1. FIG. 3 is a view similar to that of FIG. 1. of the second embodiment; and fig. 4 is a view similar to those of fia. 1 and 3 of the third embodiment.
In fig. 1, 3 and 4, there is shown a cylinder 1 of axis 1a provided with a cylinder head 2 in which is formed a bore 4 intended to receive a fuel injector, the axis 4a of this bore forming an angle with the axis 1a but being contained in a plane containing this axis 1a and indicated in FIG. 2 by the dashed line 4b.
As also shown in phantom in FIG. 2, the cylinder head 2 is further pierced with an air intake duct 6 which ends in an air intake orifice 5, this duct and this orifice being arranged so that air entering the cylinder is driven by a rotary movement around the axis of the cylinder, as indicated by the arrow 7. In the cylinder is mounted a pis tone 3 having a flat upper face and a cavity 8 which is formed in its head and which constitutes a combustion space for the fuel injected into the engine cylinder.
The cavity 8 is accessible through an ori fice 9 and this cavity and the orifice 9 are limited by walls 8b, 10b and 9a, the surfaces of which are of revolution about an axis 8a, the pa king of the cavity being released. , as shown, all around the periphery of port 9.
The cavity 8 is limited by the walls 8b and 10b which both have surfaces generated by revolution of arcs of a circle, the center 8c of the arc generating the wall 8b being offset relative to the axis 8a by an amount equal to the radius of this arc and the center 10c of the arc generating the wall part 10b and which has a radius of curvature less than that of the arc generating the wall part 8b being arranged in the plane containing the geometric locus 8c centers and the side of the corresponding center 8c furthest from the axis 8a. The centers 8c and <B> 10th </B> are separated from one another by a distance equal to the difference between the respective radii of curvature of the generating arcs of the wall parts 8b and 10b.
In this way, the ends of the generating arcs of the wall parts 8b and 10b furthest from the axis 8a are connected in a common tan gente.
Since the center 8c is at a distance from the axis 8a equal to the radius of the generating arc of the wall part 8b, an upright gate 11 is formed in the center of the cavity. In fig. 1 and 3, this range is pointed and slightly rounded so as to end at a distance from the plane containing the centers 8c and 10c equal to approximately two-fifths of the radius of the generating arc of the wall part 8b.
In the embodiment shown in FIG. 4, the bearing 11 is flattened and supports a mushroom-shaped head 14, the purpose of which will be explained below. This part could still have a depression facing the inlet port.
The section of the orifice 9 opening into the cavity 8 tapers, the inlet part being rounded and the terminal inlet part 9a being formed by a part of a cone having an angle at the top of 150 , for example.
The shape of the orifice 9 which narrows towards the cavity 8 causes an acceleration of the gases flowing through this orifice to the interior of the cavity and the shape of the latter is such that conditions intense turbulence reigns there.
The orifice 9 has a minimum diameter of small dimension compared to the diameter of the piston 3. The ratio of the diameter of the orifice 9 at its location of smallest section to the diameter of the piston is advantageously between 0.15: 1 and 0.25: 1. The narrowed shape towards cavity 8 of orifice 9 also helps to accelerate the flow of gas to the interior of the cavity and to increase turbulence therein.
As can be seen in fig. 2, the axis 8a indicated in this figure by a point designated by the reference sign A is offset from the plane 4b containing the axis la of the cylinder and the axis 4a of the bore for the fuel injector , and the dimension of this offset is chosen so as to take account of an angular deflection of the atomized fuel jet with respect to the axis la, this deflection being caused by the vortex indicated by the arrow 7 of the gases entering the cylinder through port 5.
As can also be seen in the fia. 2, the axis 8a is offset with respect to the plane passing through the axis 1a and perpendicular to the plane 4b, the dimension of this offset being chosen so that fuel injected into the cylinder can pass into the cavity 8 without coming strike the walls limiting the opening 9.
In each of the embodiments shown, the wall part 10b and the orifice 9 are formed in a ring 10 screwed into the outer end of a housing formed by casting or otherwise in the head of the piston. 3. This arrangement facilitates the manufacture of the piston. It is not necessary that the ring 10 be made of the same material as the piston 3. For example, this ring can be made at least partially of a more heat resistant material than the rest of the piston 3, such as a ceramic material, ie it can be either entirely of such material or coated with a very heat resistant material, such as a ceramic material. The part 8b of the wall of the cavity 8 and the seat 11 can be formed in many different ways.
Thus, as shown in FIG. 1, the bottom of the housing is formed so as to constitute the wall part 8b and the door 11 and also to present a shoulder 12 against which the ring 10 abuts when it is screwed into the housing.
As can be seen in Figs. 3 and 4, the housing is approximately cylindrical and the part 8b of the wall as well as the bearing 11 are formed by inserting at the bottom of this housing a disc-shaped piece 15 having a suitable upper surface. The lower surface of the part 15 bears against the bottom of the housing and, in order to help thermally insulate the head of the piston from the cavity 8, this part is arranged so as to bear against the bottom of the housing on only a part of its lower surface, the housing having a peripheral bearing surface 16 machined around its bottom and forming a seat.
The part 15 is preferably made of a very heat resistant material and it can for example be made of a ceramic material and thus even better insulate the cavity 8 of the piston head.
The embodiment shown in FIG. 4 comprises the mushroom-shaped head .14 which is made of a very heat resistant material and which has the shape of a massive revolving body around the axis 8a. This mushroom-shaped head has a maximum diameter of about 0.15 to 0.25 times the diameter of the piston. It is shaped so as to deflect upwards and towards the lob surface the pulverized fuel which strikes it. Its periphery overhangs the span 11, so that any fuel flowing downward along its surface falls into an area of turbulence adjacent to its periphery. The top of the head 14 is approximately level with the plane containing the centers of curvature 8c and 10c.
As shown, this head 14 is formed separately from the part 15 and it is fixed to the latter by means of a riveted rod 14a. It could also have come as a single piece with the part 15. The head 14 contributes to reducing the ignition delay and combustion noises by improving the mixture of fuel and air in the cavity and, by retaining of heat, it contributes to ignition. This mushroom embodiment is particularly useful in small engines.
Preferably, the arrangement is such, as shown, that when the piston is at its top dead center, the axis of the sprayed fuel jet passes through the top of the door inside a coaxial circle. to the cavity and having a radius equal to 0.1 r, r being the radius of the generating arc of the cavity having the greatest radius.
Instead of presenting a surface of revolution generated by two circular arcs, the cavity could also present a surface generated by revolution of part of a true spiral, the radius of curvature of this spiral increasing from a place adjacent to the 'ori fice to a place adjacent to the staff. However, the arrangement shown is preferable because it facilitates machining.