FR2807103A1

FR2807103A1 - Combustion chamber for engine with remote commanded ignition and direct injection has fuel injected in many conical gas jet with the sparks being produced between two consecutive ones

Info

Publication number: FR2807103A1
Application number: FR0004295A
Authority: FR
Inventors: Patrick Voisard
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2000-04-04
Filing date: 2000-04-04
Publication date: 2001-10-05
Anticipated expiration: 2020-04-04
Also published as: FR2807103B1

Abstract

Chamber (1) has an injector (6) and a spark plug (5) fitted in bores on the top wall. The fuel is injected in many conical gas jet (10) with the sparks being produced between two consecutive ones. An Independent claim is also included for the engine with remote commanded ignition and direct injection.

Description

La présente demande concerne une chambre de combustion pour moteurs à allumage commandé et à injection directe et plus particulièrement pour moteurs dits à "jet direct" à charge stratifiée. The present application relates to a combustion chamber for spark-ignition and direct injection engines and more particularly for so-called "direct jet" engines with stratified charge.

Les moteurs à allumage commandé et à injection directe de car burant comprennent pour chaque cylindre une culasse en forme de dôme déli mitant une chambre de combustion dans laquelle débouche au moins un orifice d'admission et au moins un orifice d'échappement, une bougie d'allumage et un injecteur de carburant. Engines with positive ignition and with direct fuel injection include for each cylinder a domed cylinder head delimiting a combustion chamber into which opens at least one intake orifice and at least one exhaust orifice, a spark plug and a fuel injector.

Dans ce type de moteurs utilisé jusqu'à présent, le mélange de carburant injecté dans la chambre de combustion est dévié soit par le piston, dont la forme est étudiée pour générer un effet de tourbillon vertical ou horizontal, soit par l'aérodynamique de la chambre de combustion. In this type of engine used until now, the fuel mixture injected into the combustion chamber is deflected either by the piston, whose shape is studied to generate a vertical or horizontal swirl effect, or by the aerodynamics of the combustion chamber.

Les motoristes s'orientent de plus en plus vers les moteurs dits à "jet direct" qui permettent d'éviter de se servir du piston pour dévier le jet vers la bougie d'allumage. Engineers are turning more and more towards so-called "direct jet" engines which make it possible to avoid using the piston to divert the jet towards the spark plug.

Dans ce cas, la distance entre l'injecteur et la bougie est suffi samment faible et de préférence inférieure à 20mm contre plus de 30mm dans le cas d'un jet dévié pour rendre négligeable l'influence de l'aérodynamique interne sur la préparation du mélange air/carburant avant l'allumage. In this case, the distance between the injector and the spark plug is sufficiently small and preferably less than 20mm against more than 30mm in the case of a deflected jet to make negligible the influence of internal aerodynamics on the preparation of the air / fuel mixture before ignition.

Du fait de la distance entre l'injecteur et la bougie qui est beau coup plus faible en jet direct, les instants d'allumage et d'injection sont beaucoup plus proches l'un de l'autre que pour un jet dévié. Because of the distance between the injector and the spark plug which is much lower in direct jet, the ignition and injection times are much closer to each other than for a deflected jet.

La proximité de l'injecteur et de la bougie permet, avec un mé lange air/carburant correctement préparé, de générer des types de stratification plus favorables qu'avec un jet dévié et d'atteindre des niveaux de consommation et d'émission d'hydrocarbures imbrûlés plus faibles. The proximity of the injector and the spark plug allows, with a properly prepared air / fuel mixture, to generate more favorable types of stratification than with a deflected jet and to reach consumption and emission levels. weaker unburnt hydrocarbons.

Mais, les injecteurs utilisés jusqu'à présent dits "à swirl" qui for ment un jet conique et creux ne permettent pas d'obtenir une bonne combustion et posent de nombreux problèmes avec ce type de moteurs. However, the injectors used hitherto known as "swirl" which form a conical and hollow jet do not allow good combustion to be obtained and pose numerous problems with this type of engine.

En effet, étant donné que la distance entre l'injecteur et la bougie d'allumage est faible et que les instants d'injection et d'allumage sont très pro ches les uns des autres, le carburant qui impacte la bougie n'a pas assez de temps pour se vaporiser ce qui provoque un encrassement rapide de la bougie d'allumage ainsi qu'une usure prématurée de cette dernière. Indeed, since the distance between the injector and the spark plug is short and the instants of injection and ignition are very close to each other, the fuel that impacts the spark plug does not have enough time to vaporize which causes rapid fouling of the spark plug as well as premature wear of the latter.

Par ailleurs, dans le cas des moteurs à jet direct, une modifica tion de la position relative du jet par rapport à la bougie à beaucoup plus d'im portance que dans le cas d'un moteur fonctionnant en jet dévié. Furthermore, in the case of direct jet engines, a modification of the relative position of the jet with respect to the spark plug to much more importance than in the case of an engine operating in deflected jet.

Or, avec un injecteur "à swirl" à jet conique et creux, la forme du cône du jet dépend de la pression régnant dans la chambre de combustion, donc du point de fonctionnement. De ce fait, la position relative du jet par rapport à la bougie d'allumage ne peut pas être maîtrisée dans toutes les conditions de fonc tionnement. However, with a "swirl" injector with a conical and hollow jet, the shape of the jet cone depends on the pressure prevailing in the combustion chamber, and therefore on the operating point. As a result, the relative position of the jet relative to the spark plug cannot be controlled under all operating conditions.

De plus, dans les moteurs à jet direct, les vitesses de pénétration du jet dans la chambre de combustion sont élevées à proximité de l'injecteur et le carburant s'éloigne de la bougie. In addition, in direct jet engines, the penetration speeds of the jet into the combustion chamber are high near the injector and the fuel moves away from the spark plug.

Ainsi, il est difficile de garder le mélange longtemps à proximité de la bougie, contrairement à la plupart des cas de jet dévié pour lesquels le jet est ralenti avant d'arriver à cette bougie. Les plages de réglage possibles sont donc beaucoup plus restreintes en jet direct qu'en jet dévié et ne sont pas ac ceptables dans le cas d'une production en grande série. Thus, it is difficult to keep the mixture for a long time near the spark plug, unlike most cases of deflected jet for which the jet is slowed down before reaching this candle. The possible adjustment ranges are therefore much more restricted in direct jet than in deflected jet and are not acceptable in the case of mass production.

Enfin, les émissions de fumée des moteurs à jet direct sont liées au temps de préparation du mélange qui est faible et/ou la présence de liquide pendant la phase de combustion. Finally, the smoke emissions from direct jet engines are linked to the low preparation time of the mixture and / or the presence of liquid during the combustion phase.

L'invention a pour but de proposer une chambre de combustion pour moteur à allumage commandé et à injection directe qui évite les inconvé nients précédemment mentionnés. The object of the invention is to provide a combustion chamber for a spark-ignition engine with direct injection which avoids the drawbacks mentioned above.

L'invention a donc pour objet une chambre de combustion pour moteurs à allumage commandé et à injection directe, dans laquelle débouche un injecteur de carburant et une bougie d'allumage, caractérisée en ce que l'ali mentation en carburant de la chambre de combustion par ledit injecteur est assu rée par une multitude de jets de carburant pleins et l'étincelle produite par la bou gie d'allumage est générée entre deux jets contigus. The subject of the invention is therefore a combustion chamber for positive-ignition and direct injection engines, into which a fuel injector and a spark plug open, characterized in that the fuel supply to the combustion chamber by said injector is ensured by a multitude of full fuel jets and the spark produced by the ignition plug is generated between two contiguous jets.

Selon d'autres caractéristiques de l'invention - chaque jet de carburant a la forme d'un cône, - la distance entre le point d'étincelle et le centre de chaque jet adjacent est supérieure au rayon de la zone liquide dudit jet, - l'ensemble des jets forme une enveloppe théorique conique, - l'axe de l'enveloppe des jets est confondu avec l'axe de l'injec teur ou forme un angle avec l'axe dudit injecteur, - l'angle de l'enveloppe des jets est compris entre 50 et 100 , - l'angle formé par les deux jets contigus au point d'étincelle est compris entre 30 et 90 , - l'angle du cône de chaque jet est compris entre 4 et 7 , - le nombre de jets est compris entre 4 et 12, - les jets sont répartis selon une distribution circulaire uniforme ou non uniforme dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'injecteur et passant par le point d'étincelle, - les jets sont répartis selon une distribution elliptique uniforme ou non uniforme dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'injecteur et passant par le point d'étincelle. According to other characteristics of the invention - each fuel jet has the shape of a cone, - the distance between the point of spark and the center of each adjacent jet is greater than the radius of the liquid zone of said jet, - all the jets form a theoretical conical envelope, - the axis of the jet envelope is coincident with the axis of the injector or forms an angle with the axis of said injector, - the angle of the envelope of the jets is between 50 and 100, - the angle formed by the two jets contiguous to the spark point is between 30 and 90, - the cone angle of each jet is between 4 and 7, - the number of jets is between 4 and 12, - the jets are distributed in a uniform or non-uniform circular distribution in a plane perpendicular to the axis of the injector and passing through the spark point, - the jets are distributed according to a uniform or non-uniform elliptical distribution in a plane perpendicular to the axis of the injector and passing through the spark point.

L'invention a également pour objet un moteur à allumage com mandé et à injection directe, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une chambre de combustion telle que précédemment mentionnée. The invention also relates to a controlled ignition engine and direct injection, characterized in that it comprises at least one combustion chamber as previously mentioned.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la chambre de combustion est équipée d'un injecteur multitrous. According to another characteristic of the invention, the combustion chamber is equipped with a multi-hole injector.

Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple et faite en réfé rence aux dessins annexés, sur lesquels - la Fig. 1 est une vue schématique en coupe d'une chambre de combustion d'un moteur à allumage commandé et à injection directe, conforme à l'invention, - la Fig. 2 est une vue schématique en élévation montrant une répartition des jets de carburant dans la chambre de combustion conforme à l'in vention, - la Fig. 3 est une vue schématique à plus grande échelle mon trant le positionnement du point d'étincelle entre deux jets de carburant, - les Figs. 4 à 6 sont des schémas montrant différents modes de répartition des jets de carburant dans la chambre de combustion conforme à l'in vention. The characteristics and advantages of the invention will become apparent during the description which follows, given by way of example and made with reference to the appended drawings, in which - FIG. 1 is a schematic sectional view of a combustion chamber of a positive-ignition and direct injection engine, according to the invention, - FIG. 2 is a schematic elevational view showing a distribution of the fuel jets in the combustion chamber according to the invention, - FIG. 3 is a schematic view on a larger scale showing the positioning of the spark point between two fuel jets, - Figs. 4 to 6 are diagrams showing different modes of distribution of the fuel jets in the combustion chamber according to the invention.

Sur la Fig. 1, on a représenté schématiquement une chambre de combustion pour un moteur à allumage commandé et à injection directe et dési gnée dans son ensemble par la référence 1. In Fig. 1, a combustion chamber has been shown schematically for a spark-ignition engine with direct injection and designated as a whole by the reference 1.

Cette chambre de combustion 1 est délimitée par une culasse 2 en forme de dôme. This combustion chamber 1 is delimited by a cylinder head 2 in the shape of a dome.

Dans la chambre de combustion 1 débouche au moins un conduit d'admission 3 d'air et au moins un conduit d'échappement 4 des gaz, une bougie d'allumage 5 et un injecteur de carburant 6. At least one air intake duct 3 and at least one gas exhaust duct 4, a spark plug 5 and a fuel injector 6 open into the combustion chamber 1.

Ainsi que représenté sur les Figs. 1 et 2, l'alimentation en carbu rant de la chambre de combustion 1 par l'injecteur 6 est assurée par une multi tude de jets 10 pleins. Pour cela, l'injecteur 6 est un injecteur de type multitrous. As shown in Figs. 1 and 2, the supply of fuel to the combustion chamber 1 by the injector 6 is provided by a multitude of jets 10 full. For this, the injector 6 is a multi-hole type injector.

Comme représenté sur les Figs. 2 et 3, chaque jet 10 plein a la forme d'un cône dont l'angle a est compris par exemple entre 4 et 7 . Par ail leurs, l'ensemble des jets 10 de carburant forme une enveloppe théorique coni que A dont l'angle p est compris entre 50 et 100 . As shown in Figs. 2 and 3, each solid jet 10 has the shape of a cone whose angle a is for example between 4 and 7. Furthermore, all of the fuel jets 10 form a theoretical conical envelope A whose angle p is between 50 and 100.

Le nombre de jets 10 est compris entre 4 et 12 et la présence de plusieurs jets 10 permet de générer un espace entre deux jets dans lequel il se crée de la vapeur de carburant. The number of jets 10 is between 4 and 12 and the presence of several jets 10 makes it possible to generate a space between two jets in which fuel vapor is created.

Ainsi que représenté à la Fig. 3, l'étincelle produite par la bougie d'allumage 5 est générée entre deux jets 10 contigus et la distance d entre le point d'étincelle B et le centre de chaque jet 10 adjacent est supérieure au rayon p de la zone liquide dudit jet. As shown in FIG. 3, the spark produced by the spark plug 5 is generated between two contiguous jets 10 and the distance d between the spark point B and the center of each adjacent jet 10 is greater than the radius p of the liquid zone of said jet .

Par ailleurs, l'angle formé par deux jets 10 contigus au point d'étincelle B est compris entre 30 et 90 . En effet, du fait du positionnement relatif entre l'injecteur 6 et la bougie 5 très proche (inférieur à 20mm), la bougie doit être logée entre les jets 10 ce qui détermine l'angle minimum, tout en assurant que celle-ci soit bien dans la zone inflammable ce qui détermine l'angle maximum. Furthermore, the angle formed by two jets 10 contiguous to the spark point B is between 30 and 90. Indeed, due to the relative positioning between the injector 6 and the spark plug 5 very close (less than 20mm), the spark plug must be housed between the jets 10 which determines the minimum angle, while ensuring that it is well in the flammable zone which determines the maximum angle.

Les jets 10 de carburant peuvent être répartis dans la chambre de combustion 1 selon différentes configurations. Selon un premier mode de réalisation représenté à la Fig. 4, les jets 10 de carburant sont répartis selon une distribution circulaire uniforme dans un plan P perpendiculaire à l'axe X-X, de l'injecteur 6 et passant par le point d'étincelle B. The fuel jets 10 can be distributed in the combustion chamber 1 according to different configurations. According to a first embodiment shown in FIG. 4, the fuel jets 10 are distributed in a uniform circular distribution in a plane P perpendicular to the axis X-X, of the injector 6 and passing through the spark point B.

Selon un autre mode de réalisation représenté à la Fig. 5, les jets 10 de carburant sont répartis selon une distribution circulaire non uniforme dans le plan P. Dans ce cas, dans certaines zones, les jets 10 de carburant sont plus rapprochés les uns des autres que dans d'autres zones. According to another embodiment shown in FIG. 5, the fuel jets 10 are distributed in a non-uniform circular distribution in the plane P. In this case, in certain zones, the fuel jets 10 are closer to each other than in other zones.

Selon encore un autre mode de réalisation représenté à la Fig. 6, les jets 10 de carburant sont répartis selon une distribution elliptique uniforme dans le plan P. Dans le cas d'une distribution elliptique, les jets 10 peuvent être également répartis de manière non uniforme. According to yet another embodiment shown in FIG. 6, the fuel jets 10 are distributed in a uniform elliptical distribution in the plane P. In the case of an elliptical distribution, the jets 10 can also be distributed in a non-uniform manner.

Ainsi que représenté à la Fig. 2, l'axe de l'enveloppe A des jets 10 de carburant est confondu avec l'axe X-X, de l'injecteur 6. As shown in FIG. 2, the axis of the envelope A of the fuel jets 10 coincides with the axis X-X of the injector 6.

Selon une variante, l'axe de l'enveloppe A des jets 10 de carbu rant forme un angle avec l'axe X-X, de l'injecteur 6 de façon à obtenir des jets décentrés. Alternatively, the axis of the envelope A of the fuel jets 10 forms an angle with the axis X-X of the injector 6 so as to obtain off-center jets.

Les jets 10 individuels étant formés par des cônes pleins, la forme de ces jets 10 dépend peu de la pression si bien que la position relative desdits jets est constante quelle que soit la pression. Pour ces raisons, la position relative du carburant par rapport à la bougie d'allumage 5 est mieux maîtrisée et cela quelles que soient les conditions de fonctionnement. The individual jets 10 being formed by solid cones, the shape of these jets 10 depends little on the pressure so that the relative position of said jets is constant whatever the pressure. For these reasons, the relative position of the fuel with respect to the spark plug 5 is better controlled, regardless of the operating conditions.

Le fait d'avoir plusieurs jets 10 de carburant augmente la surface d'échange entre l'air et ce carburant ce qui accélère la vaporisation dudit carbu rant et diminue les émissions de fumée. The fact of having several jets of fuel increases the exchange surface between the air and this fuel, which accelerates the vaporization of said fuel and reduces smoke emissions.

De plus, le positionnement du point d'étincelle entre deux jets de carburant contigus permet d'éviter que la bougie soit impactée par du carburant diminuant de ce fait les risques d'encrassement de la bougie et permet égale ment de mieux maîtriser la position relative des jets par rapport à cette bougie d'allumage.In addition, the positioning of the spark point between two contiguous fuel jets makes it possible to prevent the spark plug from being impacted by fuel, thereby reducing the risk of fouling of the spark plug and also allows better control of the relative position. jets in relation to this spark plug.

Claims

1. Combustion chamber for a spark-ignition engine with direct injection, into which a fuel injector (6) and a spark plug (5) open, characterized in that the fuel supply to said combustion chamber (1) by said injector (6) is provided by a multitude of jets (10) of full fuel and the spark produced by the spark plug (5) is generated between two contiguous jets (10).

2. Combustion chamber according to claim 1, characterized in that each jet of fuel (10) has the shape of a cone.

3. Combustion chamber according to claim 1, characterized in that the distance between the spark point and the center of each adjacent jet (10) is greater than the radius of the liquid zone of said jet.

4. Combustion chamber according to claim 1 or 2, charac terized in that all of the jets (10) form a theoretical conical envelope.

5. Combustion chamber according to claim 4, characterized in that the axis of the envelope of the jets (10) coincides with the axis of the injector (6).

6. Combustion chamber according to claim 4, characterized in that the axis of the envelope of the jets (10) forms an angle with the axis of the injector (6).

7. Combustion chamber according to any one of claims 4 to 6, characterized in that the angle of the envelope of the jets (10) is between 50 and 100.

8. Combustion chamber according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the angle formed by the two jets (10) adjoining the spark point is between 30 and 90.

9. Combustion chamber according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the angle of the cone of each jet (10) is comprised between 4 and 7.

10. Combustion chamber according to any one of the preceding claims, characterized in that the number of jets (10) is between 4 and 12.

11. Combustion chamber according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the jets (10) are distributed in a uniform circular distribution in a plane perpendicular to the axis of the injector (6) and passing through the spark point.

12. Combustion chamber according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the jets (10) are distributed in a non-uniform circular distribution in a plane perpendicular to the injector axis (6) and passing through the spark point.

13. Combustion chamber according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the jets (10) are distributed in a uniform elliptical distribution in a plane perpendicular to the axis of the injector (6) and passing through the spark point.

14. Combustion chamber according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the jets (10) are distributed in a non-uniform elliptical distribution in a plane perpendicular to the axis of the injector (6) and passing through the spark point.

15. Ignition engine and direct injection, character ized in that it comprises at least one combustion chamber (1) according to any one of the preceding claims.

16. Engine according to claim 15, characterized in that said combustion chamber (1) is equipped with a multi-hole injector (6).