FR2668540A1 - Moteur a combustion interne a allumage par compression. - Google Patents

Moteur a combustion interne a allumage par compression. Download PDF

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Abstract

Culasse pour moteur à combustion interne à allumage par compression comportant au moins une préchambre (1) pour favoriser le conditionnement du mélange air-carburant, ladite préchambre (1) étant reliée à un cylindre (15) par un canal de transfert (2) de l'air comburant, et au moins un injecteur (5) de carburant dispose dans un logement (4) débouchant dans la préchambre (1), caractérisée en ce qu'un second canal de transfert de l'air comburant relie le cylindre (15) au logement (4) de l'injecteur (5).

Description

3IEuR A 00MBUSII(1N INTERNE A AUUMAGE PAR
La présente invention se rapporte aux moteurs à combustion interne à allumage par compression et à chambre de turbulence équipant notamment les véhicules automobiles, et elle concerne en particulier la configuration des culasses utilisées pour équiper de tels moteurs.
De manière connue on améliore le fonctionnement d'un moteur à combustion interne à allumage par compression en favorisant le conditionnement du mélange air - carburant par la création de mouvements d'air ordonnés tourbillons ou swirl. Pour réaliser ces mouvements tourbillonnaires on couple classiquement à chaque chambre de combustion ou cylindre une préchambre quasi-sphérique disposée dans la culasse. Cette préchambre e reliée au cylindre associé par un canal de transfert étroit qui débouche tangentiellement dans la préchambre et est orienté vers le centre du cylindre.
Lors de la course de compression, la remontée du piston transfère à grande vitesse une partie de l'air contenu dans le cylindre vers la préchambre par le canal de transfert.
L'inclinaison du canal fait que l'air est introduit dans la préchambre avec une composante de vitesse tangentielle importante, ce qui engendre une rotation rapide de l'air et c'est dans ce puissant tourbillon que le carburant est injecté.
La préchambre voit déboucher en plus du canal de transfert le logement de l'injecteur ainsi que le logement de la bougie de préchauffage auxiliaire d'aide au démarrage. Le logement de l'injecteur débouche dans la partie supérieure ou voûte de la préchambre.
De nombreux essais ont montré que pour assurer un conditionnement satisfaisant du mélange air-carburant dans la préchambre, l'injection du carburant devait s'effectuer suivant une direction déportée par rapport au centre de la préchambre et dans le sens du swirl. L'axe de l'injecteur n'est donc pas perpendiculaire à la surface de la voûte de la préchambre.
D'autre part, l'injection du carburant et la combustion qui en suit, entraîne une sollicitation thermique importante du nez de l'injecteur. C'est pourquoi la mise en place d'un protecteur thermique appelé encore protecteur de nez d'injecteur est nécessaire. Celui-ci doit être disposé tangent ou légèrement en retrait par rapport à la voûte de la préchambre pour ne pas perturber le mouvement de swirl dans la préchambre.
Le déport de l'injecteur ainsi que la mise en place du protège injecteur engendre donc la création d'une cavité entre le nez de l'injecteur et la voûte de la préchambre.
Ainsi avec ce type de préchambre, le compromis performance-bruit-émission de polluants à l'échappement conduit à utiliser des injecteurs à téton dont la section de passage est modulée en fonction de la levée d'aiguille. De tels injecteurs permettent de limiter la quantité de carburant injectée en début d'injection, et notamment pendant la phase correspondante au délai de combustion, ce qui est favorable à une combustion progressive et peu génératrice de bruit.
En contrepartie, en présence d'une faible levée d'aiguille d'injecteur, en début et en fin d'injection, le jet de carburant est très sensible aux mouvements aerodynamiques dans la préchambre. Or le début d'injection s'effectuant avant le point mort haut, dans un mouvement tourbillonnaire proche de sa valeur maximum, il se produit une déviation importante du jet de carburant et les premières quantités injectées vont se déposer sur les parois en aval du nez de l'injecteur.
La présence de la cavité sous l'injecteur est donc préjudiciable car: - d'une part elle augmente sensiblement la surface offerte aux dépôts de carburant - d'autre part, en raison de sa position en retrait par rapport à la préchambre, le carburant déposé n'est pas entraîné par le mouvement de swirl.
Ceci pénalise le comportement du moteur en terme d'émissions d'hydrocarbure imbrûlés et de monoxyde de carbone notamment durant les fonctionnement à moyen régime et faible charge où la température de la préchambre est trop faible pour assurer la combustion du carburant déposé sur la paroi.
Compte tenu des normes de plus en plus sévères en matière de dépollution, la résolution de ce problème devient donc particulièrement important.
Certains ont cherché à résoudre le problème en adaptant la forme du protecteur de nez d'injecteur de façon, soit à combler la cavité sous l'injecteur, soit à protéger le jet d'injecteur de l'action du swirl en tout début d'injection, grâce à un déflecteur. Ces solutions sont compliquées et ne répondent que partiellement au problème posé: - La mise en place d'un protège-injecteur de forme adaptée est délicate car la cavité est de forme dissymétrique et le montage nécessite un repérage angulaire (ou indexage en position) qui pose des problèmes d'industrialisation. Par a i 1 1 e u r s u n e c a v i t é d e me u r e, c'est le canal qui traverse de part en part le protège injecteur pour permettre l'injection du carburant.
- D'autre part, un déflecteur, outre le fait qu'il pénalise la rotation de l'air dans la préchambre, engendre en aval des mouvements aérodynamiques dont les caractéristiques dépendent de l'intensité du mouvement de swirl. L'action sur le jet est donc difficile à contrôler car elle dépend de l'instant d'injection dans le cycle moteur et du régime.
Le but de la présente invention est de résoudre le problème en proposant un dispositif permettant: - de limiter les dépôts de carburant sur la paroi - de permettre en cas de dépôt un évacuation du carburant présent sur la paroi afin qu'il participe à la combustion et qu'il ne pénalise pas les émissions de polluants à l'échappement.
La culasse pour moteur à combustion interne à allumage par compression selon l'invention comporte au moins une pré chambre pour favoriser le conditionnement du mélange air - carburant, la dite préchambre étant reliée à un cylindre par un canal de transfert de l'air comburant, et d'au moins un injecteur de carburant disposé dans un logement débouchant dans la préchambre.
Selon l'invention la culasse est caractérisée en ce qu'un second canal de transfert de l'air comburant relie le cylindre au logement de l'injecteur.
Selon un mode de réalisation de l'invention ledit second canal débouche dans le logement de l'injecteur dans la zone située entre le nez de l'injecteur et la préchambre.
Selon un mode de réalisation de l'invention l'extrémité inférieure de l'injecteur est disposée dans un protecteur de nez d'injecteur et ledit second canal débouche devant ledit protecteur.
Selon une variante de réalisation de l'invention le second canal de transfert de l'air comburant relie le cylindre directement à la préchambre, ce second canal débouchant au voisinage de l'orifice de sortie du logement de l'injecteur dans la préchambre.
Selon un mode de réalisation de l'invention ledit second canal est réalisé par deux perçages secants.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront en évidence dans la suite de la description donnée à titre d'exemple non limitatif d' un mode de réalisation de l'invention, en réference au dessin annexé dans lequel:
La figure 1 est une vue en coupe partielle par un plan vertical d'une culasse suivant l'invention.
La figure 1 montre une culasse, destinée à être montée sur un bloc cylindres, dont seuls ont été figurés les éléments interessant l'invention.
La culasse 12 présente une préchambre 1 de type Ricardo sensiblement sphérique couramment utilisée sur les moteurs diésels de faible cylindrée.
La préchambre 1 est délimitée, à sa partie supérieure, par une paroi hémisphérique ou voûte usinée à l'intérieur de la culasse 12. La partie inférieure de la préchambre 1 est réalisée à l'intérieure d'une pièce 14 rapportée et fixée à l'intérieur d'un logement de forme correspondante usiné dans la culasse 12.
La pièce 14 comporte un canal de transfert 2 qui est destiné à mettre en communication la préchambre 1 avec le cylindre associé 15. Ce canal 2 est incliné et débouche tangentiellement dans la préchambre de manière à générer une forte turbulence. Deux autres logements débouchent dans la préchambre 1 un premier logement 3 où est inserée la bougie de préchauffage d'aide au démarrage et un second logement 4 dans lequel est monté l'injecteur 5 de carburant.
L'injecteur 5 est positionné en retrait de la préchambre, son extrémité inférieure placée dans un protecteur de nez d'injecteur 6 constitué par une douille cylindrique creuse percée d'un orifice central.
Cette disposition en retrait de l'injecteur engendre l'existence d'une cavité 11 définie dans le logement 4 entre le nez de l'injecteur et la préchambre 1.
Un second canal de transfert de l'air comburant, entre la préchambre 1 et le cylindre 15 associé, percé dans la culasse 12 débouche dans la cavité 11. Dans la réalisation présentée, deux perçages borgnes sont nécessaires un premier 7 sensiblement vertical débouchant vers le cylindre, un second 8 sensiblement horizontal mettant en communication le premier perçage 7 avec la cavité 11. L'orifice d'entrée du second perçage est obturée par une bille d'acier 9 et de laloctite 10.
Le fonctionnement du dispositif va être à présent expliqué.
Lors de la course de compression, le piston 16 transfère une partie de l'air contenu dans le cylindre 15 vers la préchambre I par le canal de transfert 2, de manière à y former un puissant tourbillon.
Simultanément, l'écart de pression entre le cylindre 15 et la préchambre 1 génère un flux d'air qui transite par les canaux 7 et 8 et qui débouche en aval de l'injecteur 5 avec une vitesse suffisante pour s'opposer à l'action du swirl dans cette zone- 11 de la préchambre et éviter la déviation du jet de carburant.
Outre sa simplicité de mise en oeuvre, l'originalité de cette solution est que l'action corrective sur le jet de carburant est directement proportionnée à l'action du swirl et cela quels que soient le régime ou l'instant d'injection dans le cycle.
D'autre part le flux d'air arrivant par le second canal au niveau de la cavité 11 permet, en cas de dépôt de carburant sur les parois de la cavité 11, d'entraîner celui-ci dans la préchambre 1 afin qu'il participe à la combustion avant l'ouverture de la soupape d'échappement (non figurée).
Le balayage de la cavité 11 ne nécessitant pas un flux d'air important la section du second canal 7, 8 est assez restreinte par rapport au canal 2 ; un rapport de 1 à 30 est par exemple acceptable.
Il est évident que l'invention n'est pas limitée à la réalisation décrite et qu'on peut y apporter des variantes d'exécution. Ainsi le second canal de transfert peut déboucher directement dans la préchambre 1 au voisinage de l'orifice de sortie du logement 4. Ainsi le second canal peut être réalisé par insertion à la coulée de la culasse d'un conduit adapté.

Claims (6)

    REVENDICATIONS au logement (4) de l'injecteur (5). de transfert de l'air comburant relie le cylindre (15) préchambre (1), caractérisée en ce qu'un second canal disposé dans un logement (4) débouchant dans la comburant, et au moins un injecteur (5) de carburant cylindre (15) par un canal de transfert (2) de l'air air-carburant, ladite préchambre - (1) étant reliée à un pour favoriser le conditionnement du mélange par compression comportant au moins une préchambre (1)
  1. [1] Culasse pour moteur à combustion interne à allumage
    entre le nez de l'injecteur (5) et la préchambre (1).
    logement (4) de l'injecteur dans la zone (11) située
    en ce que ledit second canal (7, 8) débouche dans le
    multicylindres selon la revendication 1 caractérisée
  2. [2] Culasse pour moteur à combustion interne
    d'injecteur (6).
    canal débouche devant ledit protecteur de nez
    d'injecteur (6) d'autre part et en ce que ledit second
    l'injecteur (5) est placée dans un protecteur de nez
    d'une part en ce que l'extrémité inférieure de
    quelconque des revendications 1 à 2, caractérisée
  3. [3] Culasse pour moteur à combustion interne selon l'une
    dans la préchambre(1).
    l'orifice de sortie du logement (4) de l'injecteur (5)
    (1), ce second canal débouchant au voisinage de
    l'air comburant relie le cylindre (15) à la préchambre
    caractérisée en ce qu'un second canal de transfert de
    un logement (4) débouchant dans la préchambre (1),
    et au moins un injecteur (5) de carburant disposé dans
    l ' a i r c o mb u r a n t
    un cylindre (15) par un canal de transfert (2) de
    air-carburant, la dite préchambre (1) étant reliée à
    pour favoriser le conditionnement du mélange
    par compression comportant au moins une préchambre
  4. [4] Culasse pour moteur à combustion interne à allumage
    perçages secants (7); (8).
    que ledit second canal (7, 8) est réalisé par deux
    quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce
  5. [5] Culasse pour moteur à combustion interne selon l'une
    faible que celle du dit premier canal (2).
    que ledit second canal (7, 8) à une section plus
    quelconque des revendications 1 à 5 caractérisée en ce
  6. [6] Culasse pour moteur à combustion interne selon l'une
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