FR2761406A1 - Procede de formation du melange pour un moteur a combustion interne a injection directe - Google Patents

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Abstract

Un flux d'air de combustion entre à peu près tangentiellement à une paroi de cylindre dans la chambre de combustion et produit dans celle-ci un courant rotatoire autour de l'axe du cylindre.Afin d'obtenir en chaque point de fonctionnement du moteur un mélange air-carburant de qualité optimale, en particulier en vue d'une combustion complète sous une faible consommation de carburant et de faibles émissions de gaz nocifs à l'échappement, on amène au moins un flux de fluide supplémentaire (12, 12') au flux d'air de combustion (8) dans la zone d'entrée du canal d'admission (21) dans la chambre de combustion (4) , sur le côté du flux d'air (8) situé à l'arrière en référence au sens du courant rotatoire (9) , pour conférer ainsi un moment angulaire au flux d'air (8) .Applicable aux moteurs à allumage par étincelle.

Description

l L'invention concerne un procédé de formation du mélange pour un moteur à
combustion interne à injection directe, selon lequel, à travers chaque fois au moins un canal d'admission par cylindre, canal dont l'accès à une chambre de combustion - délimitée dans le cylindre par un piston - est libéré par une soupape d'admission, un flux d'air de combustion s'écoule à peu près tangentiellement à une paroi de cylindre dans la chambre de combustion, en formant un courant rotatoire autour de l'axe du cylindre, et selon lequel un injecteur injecte du carburant dans
la chambre de combustion.
Dans le cas de la formation interne du mélange, un injecteur injecte du carburant dans une chambre de combustion délimitée dans chaque cylindre du moteur par un piston. L'air de combustion nécessaire à la formation d'un mélange air-carburant combustible est introduit dans la chambre à travers au moins un canal d'admission. Pour que le flux d'air de combustion puisse s'écouler dans la chambre de combustion, l'accès du
canal d'admission à cette chambre est libéré par une soupape d'admission.
Par le brevet des E.U.A. 2 882 873, il est connu d'introduire le flux d'air de combustion à peu près tangentiellement à une paroi de cylindre dans la chambre, de manière que s'établisse un courant rotatoire autour de l'axe du cylindre. Par frottement sur la paroi de cylindre, il se forme, dans ce
processus, des courants secondaires dirigés essentiellement vers l'inté-
rieur. Sur une couche limite freinée par le frottement, se trouvant à proximité de la paroi de cylindre, agit un gradient de pression positif dû aux forces centrifuges résultant du mouvement tournant autour de l'axe du cylindre, et la différence de pression ainsi appliquée à la couche limite est à l'origine de la formation des courants secondaires. Le carburant injecté dans la chambre de combustion en vue de la formation du mélange avec l'air de combustion est transporté par les courants secondaires le long de l'axe du cylindre jusqu'au centre de la chambre, ce qui produit ici
l'enrichissement d'un mélange air-carburant riche. La distribution non-
homogène du mélange dans la chambre entraîne une augmentation de la puissance du moteur par élévation du taux de compression. De plus, la formation du mélange avec des mélanges air-carburant localement riches autorise, surtout au régime de charge partielle, le fonctionnement du moteur avec une faible consommation de carburant et de faibles émissions
de gaz nocifs à l'échappement. Ceci est vrai en particulier pour le fonc-
tionnement de moteurs à allumage par étincelle (moteurs Otto) à injection directe car, en raison de la formation d'un nuage de mélange central dans la chambre de combustion au régime à charge partielle, un mélange riche et facilement inflammable est fourni aux électrodes d'une bougie, s'engageant le plus souvent jusqu'à proximité du centre dans la chambre, de sorte que la bonne inflammabilité de la charge de la chambre est ainsi garantie. L'intensité des courants secondaires - lesquels sont absolument nécessaires en raison de leur fonction de transport de
carburant soumis aux forces centrifuges à l'intérieur de la chambre -
dépend directement de la vitesse circonfèrentielle du courant rotatoire s'écoulant le long de la paroi du cylindre autour de l'axe de celui-ci. A mesure que la vitesse du courant rotatoire s'élève, le freinage de la couche limite croit proportionnellement par augmentation des forces de frottement sur la paroi de cylindre. La force centripète pour faire naitre les courants secondaires et qui correspond à la différence entre la force centrifuge du courant rotatoire et du gradient de pression radial, s'élève donc
proportionnellement à la vitesse circonférentielle du courant rotatoire.
Dans le cas du moteur à combustion interne connu, le courant rotatoire autour de l'axe du cylindre est généré du fait qu'un moment cinétique est imprimé au flux d'air de combustion, en vue de son entrée tangentiellement à la paroi de cylindre, par son guidage forcé dans le
tronçon terminal du canal d'admission menant à la chambre de combus-
tion. Ce guidage forcé est obtenu par une conformation appropriée du canal d'admission et de la partie de la soupape d'admission - réalisée comme une soupape de type parapluie ou à tête aplatie - sur laquelle s'écoule le flux d'air, ainsi que par une chicane prévue dans le canal d'admission à proximité de la soupape d'admission. Comme le guidage forcé du flux d'air de combustion est fixé géométriquement, la vitesse du courant rotatoire dans la chambre de combustion dépend exclusivement du débit de l'air de combustion dans le canal d'admission. Or, comme la quantité d'air de combustion nécessaire à la formation du mélange est fixée, il n'est pas possible, en de grandes parties du diagramme
caractéristique du moteur, d'atteindre l'intensité requise du courant rota-
toire et des courants secondaires pour former un mélange air-carburant qualitativement optimal pour le point de fonctionnement instantané concerné. Une consommation accrue de carburant et des émissions plus
importantes de gaz nocifs à l'échappement en sont la conséquence.
L'invention vise donc à créer un procédé de formation du mélange, pour un moteur à combustion interne à injection directe, permettant de former, en chaque point de fonctionnement du moteur, un mélange air-carburant ayant chaque fois la qualité optimale, en particulier en vue d'une combustion sous une faible consommation de carburant et
avec de faibles émissions de gaz nocifs à l'échappement.
Conformément à l'invention, on obtient ce résultat par le fait que l'on amène au moins un flux de fluide additionnel au flux d'air de combustion dans la zone d'entrée du canal d'admission dans la chambre de combustion, sur le côté de ce flux d'air situé à l'arrière en référence au sens du courant rotatoire, pour imprimer ainsi un moment angulaire au
flux d'air de combustion.
Par l'amenée d'un flux de fluide additionnel au flux d'air de combustion dans la zone d'entrée du canal d'admission dans la chambre de combustion, sur le côté du flux d'air situé à l'arrière en référence au sens du courant rotatoire, la formation de ce courant dans la chambre de combustion, autour de l'axe du cylindre, est soutenue activement. Le moment cinétique imprimé au flux d'air de combustion, dépend du débit massique du flux de fluide additionnel et est donc réglable. En raison du choix optimal du point d'amenée du flux de fluide additionnel dans le canal d'admission, il suffit d'un faible débit massique de fluide additionnel pour influencer le flux d'air de combustion entrant dans la chambre de combustion, de manière qu'un courant rotatoire de vitesse d'écoulement optimale soit formé. En tout point de fonctionnement désiré du moteur, il est donc possible de régler l'intensité du courant rotatoire qui, ensemble avec les courants secondaires engendrés, conduit chaque fois à la formation optimale du mélange. La haute vitesse rotatoire provoque, surtout dans la zone proche du piston et dans la zone de la voûte de la chambre de combustion, la génération d'intenses courants secondaires centripètes qui sont dus au frottement sur les surfaces délimitant la chambre axialement, c'est-à-dire sur la téte du piston et sur la voûte de la chambre. Pour des motifs de continuité, ces courants secondaires provoquent un écoulement de cheminée ascendant ou descendant dans la chambre. Ainsi, le carburant injecté pour la formation du mélange est transporté depuis le voisinage de la paroi de cylindre et de la tète de piston au centre de la chambre et un mélange avec d'excellentes propriétés de
combustion est formé.
Le flux d'air de combustion est influençable de manière particulièrement bien contrôlée, en vue de la formation d'un courant rotatoire, lorsqu'on lui amène un courant de fluide additionnel à proximité de la soupape d'admission et un autre courant de fluide additionnel axialement à distance de cette soupape. La formation du courant rotatoire à l'entrée du flux d'air de combustion dans la chambre de combustion est favorisée plus encore lorsque, conformément à un perfectionnement de l'invention, l'on prélève un flux à évacuer du flux d'air de combustion dans la zone d'entrée du canal d'admission dans la chambre de combustion, sur le côté de ce flux d'air situé à l'avant en référence au sens du courant rotatoire. Le point d'enlèvement par aspiration de ce flux à évacuer peut se trouver près de la soupape d'admission en regard du point d'amenée du flux de fluide additionnel. Il est avantageux qu'une unité de régulateur établisse en chaque point de fonctionnement du moteur le débit massique instantané des flux de fluide additionnel et du ou des flux à évacuer et puisse déterminer ainsi le courant rotatoire optimal pour la formation du mélange dans la chambre de combustion suivant le point de fonctionnement du moteur. Des paramètres de fonctionnement du moteur, par exemple des valeurs d'émission mesurées dans le système d'échappement, peuvent être envoyés en continu à l'unité de régulateur en tant que grandeurs réglantes. Comme fluide additionnel, on peut envoyer au flux d'air de combustion, du gaz d'échappement recyclé à partir du système d'échappement du moteur, de l'air ou d'autres fluides, suivant le point de fonctionnement du moteur et, par conséquent, suivant la composition
chaque fois demandée du mélange.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple
de réalisation non limitatif, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une coupe axiale schématique d'un cylindre dans laquelle sont indiqués les écoulements de carburant et d'air de combustion lors de la formation du mélange; - la figure 2 est une représentation schématique d'une coupe transversale du cylindre; - la figure 3 est une coupe suivant la ligne courbe III-III de la figure 2; - la figure 4 illustre schématiquement l'introduction du carburant dans la chambre de combustion et des positions de piston correspondant à différents moments d'injection; et - les figures Sa à 5e montrent schématiquement les phases successives de répartition de carburant dans la chambre de combustion. La figure 1 est une coupe axiale d'un cylindre 2 d'un moteur à combustion interne 1 à injection directe. Un piston 3 est disposé longitudinalement mobile dans ce cylindre, o il est guidé le long d'une paroi de cylindre 10 et dans lequel il délimite une chambre de combustion 4. Dans cette chambre, est formé, lors de chaque cycle de travail du moteur 1, un mélange air-carburant détonant qui est brûlé pour mouvoir le piston 3. L'air de combustion nécessaire à la formation du mélange dans la chambre 4 est amené à celle-ci à travers des canaux d'admission 21 qui sont libérés ou ouverts chacun par une soupape d'admission 5 au temps d'aspiration du piston 3. Un injecteur 6, installé au centre dans la voûte 32 de la chambre de combustion, injecte le carburant dans la chambre 4 sous la forme d'un jet 7 qui est coaxial à l'axe 11 du cylindre. Le jet de carburant 7 vient frapper un éléments de rebondissement ou déflecteur 24 dans la téte 23 du piston et rebondit dans la chambre 4, en étant dirigé de façon contrôlée par un diviseur central de jet 25 et une auge annulaire de
déviation 26 qui entoure le diviseur 25. Le carburant ainsi renvoyé est pul-
vérisé dans l'air de combustion réparti dans la chambre 4.
L'air de combustion est introduit à peu près tangentiellement à la paroi de cylindre 10 dans la chambre 4, de manière
que s'établisse un courant rotatoire 9 autour de l'axe 11 du cylindre.
Deux canaux d'admission 21 débouchent l'un après l'autre dans un sens circonférentiel du cylindre 2 dans la voûte 32 de la chambre de combustion et laissent ensemble entrer, dans cette chambre 4, la totalité de l'air de combustion nécessaire à la formation du mélange sous la forme de flux d'air de combustion 8 ayant le même sens, correspondant au sens de rotation du courant rotatoire 9. Sous l'effet du mouvement tournant de ce courant et des forces centrifuges ainsi produites, un gradient de pression positif est établi par rapport à la paroi de cylindre 10 dans la charge que contient la chambre de combustion. Des forces de frottement sur la paroi de cylindre 10 et surtout sur la tête de piston 23, ne tournant pas, entraînent la formation d'une couche limite freinée. Un équilibre de forces établi entre le gradient de pression positif et les forces centrifuges dans la couche limite provoque des courants secondaires 30 dirigés vers l'intérieur et particulièrement prononcés dans la zone de la tête de piston 23. Le sens d'écoulement des courants secondaires 30 vers le milieu de la chambre est soutenu par des dispositifs radiaux de guidage 29 prévus sur la tête de piston 23 et s'étendant en spirale, donc favorablement pour l'écoulement, par rapport à l'axe 11 du cylindre. Les courants secondaires
, très prononcés dans la zone proche du piston de la chambre de com-
bustion 4, engndrent, pour des motifs de continuité, un courant de che-
minée ascendant dirigé vers la voûte 32 de la chambre. Le carburant injecté est donc pulvérisé dans l'air de combustion lors de la formation du mélange et les courants secondaires 30 produisent un enrichissement du mélange au centre de la chambre 4. Des courants secondaires dus au frottement sur la voûte 32 de la chambre génèrent un courant de cheminée descendant, dirigé vers la tête de piston 23, qui maintient le riche mélange air-carburant au centre de la chambre 4. Avec un courant rotatoire 9 intense et des courants secondaires 30 fortement prononcés qui y correspondent, un mélange air-carburant au moins localement combustible peut être formé en chaque point de fonctionnement du moteur 1. Le courant de cheminée ascendant, dirigé vers la voûte 32 de la
chambre, soutient le mouvement du mélange dû à la course de com-
pression du piston 3 et empêche le dépôt de carburant sur la tète de piston. En particulier s'il s'agit de moteurs à combustion interne à injection directe et à allumage par étincelle (moteurs Otto), un mélange détonant peut ainsi être fourni au régime de charge partielle au droit d'une ou plusieurs bougies, habituellement installées dans la voûte 32 de la
chambre de combustion.
Afin d'obtenir une combustion optimisée quant à la consommation de carburant et l'émission de gaz nocifs à l'échappement en chaque point de fonctionnement du moteur, la formation du mélange doit se faire en présence d'un courant rotatoire 9 d'une vitesse déterminée. Ce courant autour de l'axe 11 du cylindre est obtenu du fait qu'un moment angulaire est imprimé dans le sens désiré à chaque flux d'air de
combustion 8 sortant d'un canal d'admission 21.
Au-delà du moment angulaire de base conféré géométriquement au flux d'air de combustion 8 par le guidage forcé dans le tronçon terminal courbe du canal d'admission 21 et par l'écoulement de cet air - s'accompagnant de sa déviation - sur la tète aplatie de la soupape d'admission 5 (figure 3) à l'accès du courant d'air de combustion 8 dans la chambre, tangentiellement à la paroi de cylindre 10 (voir figure 2), la formation du courant rotatoire 9 autour de l'axe 11 du cylindre est soutenue par une influence aérodynamique exercée sur ce flux d'air 8 dans le canal d'admission 21. AÀ cet effet, des flux de fluide additionnel 12, 12' sont amenés au flux d'air de combustion 8 dans la zone d'entrée du canal d'admission 21 dans la chambre de combustion 4, sur le côté de ce flux d'air situé à l'arrière en référence au sens du courant rotatoire 9. Un flux de fluide additionnel 12 est amené directement dans la zone d'entrée du canal d'admission 21 à proximité de la soupape d'admission 5 et un autre flux de fluide additionnel 12' est admis à distance axiale de la soupape d'admission 5 dans le canal 21 et amené au flux d'air 8. Les flux de fluide additionnel 12, 12' orientent le flux d'air 8 avec une grande efficacité et sous un débit massique faible en comparaison avec le flux d'air 8 dans la
direction tangentielle désirée, par rapport à la paroi de cylindre 10, à l'en-
trée dans la chambre 4. La direction d'écoulement du flux d'air de combustion 8 est influencée en outre, en vue de la formation du courant rotatoire 9 dans la chambre 4, par le prélèvement d'un flux à évacuer, prélèvement qui s'effectue dans la zone d'entrée du canal d'admission 21 dans la chambre 4. Ce flux à évacuer est aspiré du flux d'air 8 sur son côté situé à l'avant en référence au sens du courant rotatoire 9. Le point d'aspiration se trouve dans la zone d'entrée du canal d'admission 21, à
peu près en face du point d'amenée du flux de fluide additionnel 12.
Les débits massiques instantanés des flux de fluide additionnel 12, 12' et du flux à évacuer sont déterminés par une unité de régulateur 20 en fonction du point de fonctionnement du moteur 1. Le dosage précis des flux de fluide additionnel et du flux à évacuer permet d'ajuster chaque fois exactement, pour le point de fonctionnement concerné du moteur 1, la vitesse circonférentielle du courant rotatoire 9, autour de l'axe 11 du cylindre, qui, ensemble avec les courants secondaires 30 issus de lui, procurent une formation optimale du mélange dans la chambre 4. La combustion complète est surveillée, par exemple par mesure de la qualité du gaz d'échappement dans un conduit d'échappement 22 du moteur 1, et le paramètre concerné est envoyé, éventuellement avec d'autres paramètres de fonctionnement 31, à l'unité de régulateur 20. Sur la base de ces paramètres de fonctionnement 31, l'unité de régulateur 20 règle les débits massiques instantanés des flux de fluide additionnel 12, 12' et du flux à évacuer et par conséquent aussi la vitesse du courant rotatoire 9 pour la formation du mélange. Dans ce but, l'unité de régulateur 20 envoie des signaux adéquats de positionnement 19 à des volets réglables 18 montés dans les conduits d'amenée 14, 14' des deux flux de fluide additionnel, ainsi que dans le conduit d'aspiration 17
du flux à évacuer.
En tant que fluide additionnel, on amène au flux d'air de combustion 8, suivant le point de fonctionnement du moteur 1, du gaz d'échappement recyclé, provenant du système d'échappement du moteur, de l'air ou d'autres fluides. En raison de s'insufflation de flux de fluide additionnel séparés 12, 12' à des endroits mutuellement espacés axialement dans le canal d'admission 21, il est possible aussi d'introduire des fluides différents à travers les deux conduits de fluide 14, 14' respectifs. L'influence active exercée sur le courant rotatoire 9 par les mesures aérodynamiques décrites dans la zone o le canal d'admission 21 pénètre dans la chambre de combustion 4, permet une formation contrôlée du mélange avec différents effets d'écoulement, en particulier l'établissement des courants secondaires 30 dans la chambre 4. Les effets d'écoulement déclenchés par la vitesse circonférentielle du courant rotatoire 9 dans la chambre 4 diffèrent au-dessus et au-dessous d'une valeur critique (nombre de Taylor = 41,3). Pour des nombres de Taylor < 41,3, on obtient dans la chambre 4 les courants secondaires 30 déjà décrits, lesquels circulent dans toute la chambre 4 et sont
particulièrement prononcés dans la zone de la tête de piston 23 surtout.
Pour des nombres de Taylor > 41,3, il se forme en plus, près de la paroi de cylindre 10, dans une zone à peu près médiane entre la tête de piston 23 et la voûte 32 de la chambre de combustion, des "tresses tourbillonnaires" toroïdales, ce qu'on appelle des tourbillons de Gôrtler. Ces tresses tourbillonnaires s'étendent axialement dans la direction circonférentielle de la paroi de cylindre et tournent par paire en sens contraire. Leur diamètre s'agrandit à mesure qu'augmente l'épaisseur de la couche limite près de la paroi de cylindre 10 sous l'effet de forces de frottement. Les tresses tourbillonnaires ne se décomposent que tardivement, pendant la course de compression du piston 3, en petites structures cellulaires, de sorte que le tourbillonnement créé favorise, au stade de la formation du mélange, la progression de la flamme en vue de l'obtention d'une combustion optimale. Les tresses tourbillonnaires maintiennent des quantités limitées de fluide, par exemple du gaz d'échappement ajouté, dans la zone de la paroi de cylindre 10. Ceci produit en particulier l'obturation d'une fente 34 formée entre le collet du piston et la paroi de cylindre 10 et communiquant avec la chambre 4, et empêche la pénétration dans cette fente 34 de carburant qui ne participerait pas au processus de combustion et entraînerait en fin de compte une émission nocive d'hydrocarbure par le moteur 1. Les autres tourbillons toroïdaux de gaz d'échappement, longeant axialement la paroi de cylindre 10, maintiennent la charge de la chambre de combustion à distance de la paroi du cylindre et du film d'huile formé sur elle, de sorte que la dilution de l'huile de lubrification à ce niveau est évitée. La possibilité de la formation variable d'un courant rotatoire 9 et des effets de tourbillons toroïdaux pouvant être générés par ce courant, suivant la configuration de la chambre de combustion, permet d'améliorer la formation du mélange et l'émission de gaz nocifs à l'échappement suivant le point de fonctionnement du moteur 1. En particulier lors d'alternances de charge
du moteur, l'influence aérodynamique contrôlée du flux d'air de combus-
tion 8 permet d'établir exactement la vitesse circonférentielle du courant rotatoire 9 conduisant à une formation optimale du mélange et à une
combustion complète.
L'amenée des flux de fluide additionnel, ainsi que l'aspiration du flux à évacuer, sont réalisables efficacement en plusieurs flux partiels pour chacun d'eux. Ces flux partiels sont dirigés par plusieurs orifices d'amenée 13, 13' ou plusieurs orifices d'évacuation 16 disposés
chaque fois en forme d'anneau sur le pourtour du canal d'admission 21.
Plus exactement, les orifices d'amenée 13, 13' et les orifices d'évacuation 16 sont agencés chaque fois dans une bague creuse 15, 15'. L'une de ces bagues est disposée dans la paroi du canal d'admission 21 prés de la soupape d'admission 5 et une autre est disposée dans cette paroi à distance axiale de la soupape 5. Les orifices d'amenée 13, 13' des bagues , 15' sont raccordés respectivement aux conduits de fluide 14, 14'. La bague creuse 15, placée près de la soupape d'admission 5 et présentant des orifices d'évacuation 16, est en outre en communication fluidique avec
le conduit d'aspiration 17.
La disposition des orifices d'amenée dans le canal d'admission 21a, 21b concerné ressort de la figure 2. Deux flux d'air de combustion 8a, 8b sont introduits à peu près tangentiellement à la paroi de cylindre 10 dans la chambre de combustion 4 - représentée en coupe transversale - du cylindre 2. Les canaux d'admission 2 la et 2 lb, jusqu'à leurs embouchures respectives dans la chambre 4, sont orientés dans le même sens, suivant la direction circonférentielle de la paroi de cylindre 10, de sorte que les flux d'air 8a et 8b entrant dans la chambre 4 génèrent un courant rotatoire autour de l'axe 11 du cylindre. Comme déjà décrit, la direction d'écoulement des flux d'air 8a et 8b est influencée de façon aérodynamique, afin d'intensifier le courant rotatoire, par l'amenée de flux de fluide additionnel 12a, 12b dans la zone d'entrée du canal d'admission 21a ou 21b en question. Les flux 12a et 12b sont amenés chacun en plusieurs flux partiels aux flux d'air de combustion 8a et 8b. Une déviation efficace des flux d'air 8a et 8b est obtenue grâce au fait que le vecteur résultant des sens d'écoulement des flux partiels concernés, à un point d'amenée ou d'évacuation de fluide dans le canal d'admission, est orienté, dans un plan transversal du cylindre, dans le sens du courant rotatoire à engendrer. La figure 3 montre, par une coupe suivant la ligne III-III de la figure 2, l'efficacité de l'amenée des flux de fluide additionnel 12a, 12b dans les canaux d'admission 21a, 21b pour influencer de façon contrôlée
la formation d'un courant rotatoire 9 dans la chambre de combustion 4.
Les flux d'air de combustion 8a, 8b s'écoulent, a l'entrée de la chambre 4, sur la face arrière des têtes aplaties des soupapes d'admission 5a, 5b ouvertes, pendant qu'ils sont déviés dans la direction circonférentielle du cylindre en vue de la formation d'un courant rotatoire. L'établissement de ce courant est soutenu par l'amenée des flux de fluide additionnel 12a, 12b qui sont introduits au moins à proximité des soupapes d'admission a, 5b dans les canaux d'admission 21a, 21b. Afin de soutenir le courant rotatoire 9, les flux de fluide additionnel 12a, 12b sont amenés chaque fois sur le côté du flux d'air de combustion 8a ou 8b qui est placé à l'arrière en
référence au sens du courant rotatoire 9.
La figure 4 montre schématiquement l'introduction et la répartition du carburant lors de la formation du mélange dans la chambre 4. Le carburant est injecté dans cette chambre par un injecteur 6 - installé au centre sous la forme d'un jet 7 dans l'axe 11 du cylindre. L'injection de carburant s'effectue pendant la course de compression du piston 3 se déplaçant et guidé dans le cylindre 2. Du fait que l'injection s'effectue l pendant la course de compression, le jet de carburant 7 pénètre dans le centre de la masse d'air de combustion tournant déjà sous la forme d'un courant rotatoire autour de l'axe I 1 du cylindre. Suivant la vitesse circonférentielle du courant rotatoire et des courants secondaires centripètes (figure 1) qui en résultent, on obtient ainsi une formation du mélange comprenant la création d'un mélange air-carburant riche au
centre de la chambre 4.
Différents moments d'injection sont coordonnés aux points de fonctionnement du moteur. Au régime à charge partielle, l'injection de carburant s'effectue tardivement pendant la course de compression (position de piston I), près du point mort supérieur. A mesure que la charge du moteur augmente, le moment d'injection intervient de plus en plus tôt, alors que le piston 3 est de plus en plus éloigné de l'injecteur 6 (position de piston II). Il est évident que l'augmentation de la charge du moteur s'accompagne aussi de l'injection d'une plus grande quantité de carburant. Dans tous les cas, le jet de carburant 7 injecté vient frapper le piston 3 lors du mouvement ascendant de celui- ci et le carburant
rebondit dans la chambre de combustion 4 pendant qu'il est pulvérisé.
Afin d'obtenir en chaque point de fonctionnement du moteur une répar-
tition appropriée de carburant dans la chambre 4, la surface d'impact pour le carburant dans la tête de piston 23 est pourvue d'un profil tel que le jet
de carburant 7 rebondisse de façon dirigée vers l'intérieur de la chambre 4.
La surface d'impact dans la tête de piston 23 comprend un diviseur central de jet 25 situé sur l'axe I 1 du cylindre. Ce diviseur de jet est entouré d'une auge annulaire de déviation 26 qui confère un profil à la façon d'une auge Pelton à la zone située entre le diviseur de jet 25 et la partie située à l'extérieur de la tête de piston 23. La façon dont le carburant est renvoyé par le profil de la tète de piston 23 dépend du moment d'injection ou, plus
exactement, du moment o le jet de carburant 7 vient frapper le piston 3.
Si celui-ci occupe au moment d'injection la position I près de l'injecteur6, le jet de carburant 7 vient frapper le côté de l'auge de déviation 26 voisin du diviseur de jet 25 et rebondit par conséquent à l'état étalé en éventail dans la chambre 4. Une grande partie de cette chambre reçoit ainsi du
carburant pulvérisé qui est utilisé pour la formation d'un mélange air-
carburant approprié avec l'air de combustion animé de mouvements dans
la chambre 4.
Si le jet de carburant 7 est injecté dans la chambre de combustion à un moment relativement tôt (position de piston II), le jet 7,
s'élargissant en s'approchant du piston 3, vient frapper le côté situé à l'ex-
térieur de l'auge de déviation 26 et est renvoyé vers l'intérieur, c'està-dire en direction de l'axe 11 du cylindre. Le carburant ainsi renvoyé vers l'intérieur, par rapport à la chambre 4, soutient, lors de la formation du mélange avec création d'un mélange air-carburant plus riche au centre, l'action du courant rotatoire autour de l'axe 11 du cylindre, de même que les courants secondaires qui en résultent. L'auge de déviation 26 empêche en outre, par son action de renvoi de carburant, une accumulation
nuisible de carburant liquide sur la tête de piston 23.
La surface d'impact pour le jet de carburant dans la tête de piston est formée par un élément de rebondissement ou déflecteur 24 qui est encastré dans le piston 3. Ce déflecteur présente la configuration nécessaire à la déviation et à la pulvérisation décrites du carburant, avec un diviseur central de jet 25 et une auge annulaire de déviation 26
semblable à une auge Pelton.
Lors de l'injection, le jet de carburant 7 est animé d'un moment angulaire, c'est-à-dire d'un mouvement rotatoire contraire au courant rotatoire 9 de l'air de combustion dans la chambre 4. Cette rotation du jet 7 en sens contraire à celle de l'air de combustion conduit à la formation d'une surface cylindrique de cisaillement qui est avantageuse
pour la formation du mélange entre l'air de combustion et le carburant.
Lors de l'écoulement sur le diviseur de jet 25 et l'auge de déviation 26, un échange thermique se produit sur la surface mouillée entre le piston 3 et le carburant. On obtient ainsi l'avantage que la tête de piston chaude 23 est refroidie et que l'inflammabilité du carburant est
augmentée par son préchauffage.
La figure 5 montre une variante particulièrement avantageuse de l'introduction du carburant dans la chambre de combustion 4 pour la formation du mélange avec de l'air de combustion se déplaçant comme décrit précédemment dans un courant rotatoire autour de l'axe du cylindre. Le carburant est injecté de façon centrale dans la chambre 4, en direction de la tête de piston 23, par un injecteur, non représenté, installé dans la voûte 32 de la chambre. La surface d'impact
pour le jet de carburant 7 dans la tête de piston 23 est formée par un élé-
ment de rebondissement ou déflecteur 24 encastré dans la tête de piston 23. Ce déflecteur présente un diviseur central de jet 25 et une auge de déviation 26 de forme annulaire qui entoure le diviseur de jet 25. L'auge de déviation 26 présente, à la façon d'une auge Pelton, un profil tel que le jet de carburant 7 rencontrant le déflecteur soit divisé par le diviseur de jet 25 et s'écoule sur un angle d'arc d'environ 180 le long de la paroi de l'auge 26, de sorte qu'il est en fin de compte renvoyé dans la chambre 4 en étant dirigé vers l'injecteur. L'injection de carburant s'effectue à l'état fractionné en deux quantités partielles qui sont injectées l'une à la suite de l'autre dans la chambre de combustion 4 pendant la course de compression du
piston.
La figure 5 illustre l'injection à l'état fractionné de la quantité de carburant à utiliser par cycle de travail. La figure Sa montre la première phase de l'introduction du carburant dans la chambre 4, pendant qu'une quantité préinjectée 27 est injectée sous la forme d'un jet 7 dirigé vers le déflecteur 24 dans la tête de piston 23. Comme le montre la figure b, cette quantité préinjectée 27, après avoir rencontré le déflecteur, est
déviée par l'auge 26 et renvoyée de façon dirigée par elle vers l'injecteur 6.
Pendant que la quantité préinjectée 27 est déviée sur la tête de piston et remonte déjà vers la voûte de la chambre de combustion, l'injecteur injecte - séparément dans le temps et à la suite de la quantité préinjectée - une quantité principale 28 de carburant de façon centrale dans la chambre 4, quantité principale qui est également dirigée vers le piston. La quantité préinjectée 27 et la quantité principale 28 se dirigent donc coaxialement l'une vers l'autre (figure 5d) et se rencontrent finalement au centre de la chambre de combustion 4. À la collision des deux jets de carburant, une surface de rebondissement libre est formée loin de la tête de piston 23 dans la chambre 4 et on obtient une pulvérisation de la totalité de carburant, lequel est dispersé suivant des directions à peu près radiales par rapport à l'axe du cylindre (figure 5e). En raison du partage de la quantité totale de carburant à injecter en une quantité préinjectée 27 et une quantité principale 28, le carburant est maintenu longtemps au centre de la chambre de combustion 4 pendant la formation du mélange, si bien que, en combinaison avec les mouvements d'écoulement de l'air de combustion, des mélanges optimisés suivant le point de fonctionnement
sont formés.

Claims (12)

REVENDICATIONS
1. Procédé de formation du mélange pour un moteur à combustion interne (1) à injection directe, selon lequel, à travers chaque fois au moins un canal d'admission (21a, 21b) par cylindre (2), canal dont l'accès à une chambre de combustion (4) - délimitée dans le cylindre (2) par un piston (3) - est libéré par une soupape d'admission (5a, 5b), un flux d'air de combustion (8a, 8b) s'écoule à peu près tangentiellement à une paroi de cylindre (10) dans la chambre de combustion (4), en formant un courant rotatoire (9) autour de l'axe (11) du cylindre, et selon lequel un injecteur (6) injecte du carburant dans la chambre de combustion (4), caractérisé en ce que l'on amène au moins un flux de fluide additionnel (12, 12', 12a, 12b) au flux d'air de combustion (8a, 8b) dans la zone d'entrée du canal d'admission (21a, 21b) dans la chambre de combustion (4), sur le côté de ce flux d'air situé à l'arrière en référence au sens du courant rotatoire (9), pour imprimer ainsi un moment angulaire au flux
d'air de combustion (8a, 8b).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on amène un flux d'air additionnel (12, 12a, 12b) à proximité de la soupape d'admission (5a, 5b) au flux d'air de combustion (8a, 8b) et on amène un autre flux de fluide additionnel (12') à distance axiale de la soupape
d'admission (5a, Sb) à ce flux d'air de combustion.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on prélève un flux à évacuer du flux d'air de combustion (8a, 8b) dans la zone d'entrée du canal d'admission (21a, 21lb) dans la chambre de combustion (4), le prélèvement s'effectuant sur le côté de ce flux d'air situé
à l'avant en référence au sens du courant rotatoire (9).
4. Procédé selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en
ce que l'amenée des flux de fluide additionnel (12, 12', 12a, 12b) et le prélèvement du flux à évacuer s'effectuent chaque fois en flux partiels à travers plusieurs orifices d'amenée (13, 13') ou plusieurs orifices d'évacuation (16) disposés en forme d'anneau sur le pourtour du canal
d'admission (21a, 2 lb).
5. Procédé selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en
ce que le vecteur résultant des sens d'écoulement des flux partiels concernés, à un point d'amenée ou d'évacuation de fluide dans le canal d'admission (21a, 21b), est orienté, dans un plan transversal du cylindre
(2), dans le sens du courant rotatoire (9).
6. Procédé selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en
ce qu'une unité de régulateur (20) détermine les débits massiques instantanés des flux de fluide additionnel (12, 12', 12a, 12b) et du flux à évacuer suivant le point de fonctionnement du moteur à combustion
interne (1).
7. Procédé selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en
ce qu'on amène au flux d'air de combustion (8a, 8b), en tant que fluide additionnel, du gaz d'échappement provenant du système d'échappement (22) du moteur à combustion interne (1), de l'air ou d'autres fluides,
suivant le point de fonctionnement du moteur (1).
8. Procédé selon une des revendications 1 à 7, caractérisé en
ce que l'injecteur (6) injecte de façon centrale, dans la chambre de
combustion (4), un jet de carburant (7) dirigé vers le piston (3).
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le jet de carburant (7) est injecté pendant qu'il est animé d'un mouvement
rotatoire contraire au courant rotatoire (9) formé par le flux d'air de com-
bustion.
10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le jet de carburant (7) vient frapper la tête (23) du piston et rebondit dans la chambre de combustion à partir d'un élément de rebondissement ou déflecteur (24) disposé dans la tête de piston (23) et comportant un
diviseur central de jet (25) et une auge annulaire de déviation (26) qui en-
toure le diviseur de jet (25).
11. Procédé selon une des revendications 8 à 10, caractérisé
en ce que l'injection de carburant s'effectue pendant la course de
compression du piston (3).
12. Procédé selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que la quantité de carburant à utiliser par cycle de travail est injectée à l'état fractionné en une quantité préinjectée (27) et une quantité principale (28) qui suit la quantité préinjectée en étant séparée d'elle dans le temps, et le jet de carburant (7) de la quantité préinjectée (27) venant frapper le diviseur de jet (25) est divisé par celui-ci et renvoyé dans la chambre de combustion (4) en étant dirigé vers l'injecteur (6) par l'auge de déviation (26), de manière qu'il rencontre le jet de carburant (7) de la quantité
principale injectée (28).
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