FR2893673A1

FR2893673A1 - Moteur a combustion interne a injection comprenant une chambre de precombustion adaptee a favoriser l'inflammation d'un melange de gaz frais

Info

Publication number: FR2893673A1
Application number: FR0511845A
Authority: FR
Inventors: Jean Pierre Rivere
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2005-11-23
Filing date: 2005-11-23
Publication date: 2007-05-25
Anticipated expiration: 2025-11-23
Also published as: FR2893673B1

Abstract

La présente invention concerne un moteur à combustion à injection comprenant au moins un cylindre (6) formant une chambre de combustion (5) dans laquelle débouche un conduit d'admission d'air (9), et une chambre de précombustion (11) dans laquelle débouche une bougie d'allumage (13).Selon l'invention, au moins une partie (17) du conduit d'admission débouche directement dans la chambre de précombustion pour l'alimenter en air frais.

Description

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention

concerne un moteur à combustion interne à injection comprenant au moins un cylindre formant une chambre de combustion dans laquelle débouche un conduit d'admission d'air, une chambre de précombustion dans laquelle débouche une bougie d'allumage. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Généralement, un moteur à combustion interne à injection indirecte à allumage commandé comporte un bloc cylindre pourvu de plusieurs cylindres dans lesquels débouchent des conduits d'admission et d'échappement, et un injecteur de carburant disposé dans le conduit d'admission à proximité de la chambre de combustion clans laquelle débouche une bougie d'allumage. L'injecteur est destiné à injecter du carburant en fines gouttelettes qui se mélangent à l'air frais provenant du conduit d'admission pour former le mélange de gaz frais.

La bougie d'allumage est destinée à enflammer le mélange de gaz frais afin de provoquer l'explosion de ce mélange de gaz frais dans la chambre de combustion pour déplacer le piston dans le cylindre entre deux positions extrêmes, appelées point mort haut (PMH) et point mort bas (PMB), et entraîner en rotation continûment le vilebrequin sous la poussée des pistons.

Lorsque le mélange de gaz frais présent dans la chambre de combustion présente une richesse très inférieure à 1 (mélange pauvre), ou encore lorsque ce mélange de gaz frais a été dilué par des gaz d'échappement, on observe des difficultés d'inflammation du mélange de gaz frais dans la chambre de combustion. La combustion du mélange de gaz frais est alors instable et la consommation en carburant augmente. Par ailleurs, on connaît du document JP 54093705 un moteur tel que décrit ci-dessus dans lequel il est prévu une chambre de précombustion borgne alimentée en mélange de gaz frais par transfert d'une partie du mélange de gaz frais de la chambre de combustion vers la chambre de précombustion borgne.

Cette chambre de précombustion permet de réduire les émissions polluantes en isolant une partie des gaz d'échappement, mais cette chambre de précombustion ne permet pas d'améliorer les conditions de combustion du mélange de gaz frais lorsque le moteur fonctionne avec un mélange de gaz frais pauvre en carburant ou lorsque celui-ci a été dilué par des gaz d'échappement.

OBJET DE L'INVENTION L'invention propose un nouveau moteur à combustion interne comprenant une chambre de précombustion adaptée à améliorer les conditions de combustion du mélange de gaz frais. À cet effet, l'invention propose un moteur à combustion interne à injection comprenant au moins un cylindre formant une chambre de combustion dans laquelle débouche un conduit d'admission d'air, et une chambre de précombustion dans laquelle débouche une bougie d'allumage, dans lequel au moins une partie du conduit d'admission débouche directement dans la chambre de précombustion pour l'alimenter en air frais. Avec cet agencement de conduit d'admission qui alimente directement en air frais la chambre de précombustion, il est possible de contrôler la richesse du mélange de gaz frais introduit dans la chambre de combustion. Selon une première caractéristique avantageuse du moteur selon l'invention, il est prévu des moyens de contrôle de la richesse du mélange de gaz frais introduit dans la chambre de précombustion. Les moyens de contrôle de la richesse du mélange de gaz frais introduit dans la chambre de précombustion comprennent en particulier une soupape d'admission à l'embouchure de la partie du conduit d'admission débouchant directement dans la chambre de précombustion. Lorsque le moteur fonctionne avec un mélange de gaz frais pauvre, introduit dans la chambre de combustion, la richesse du mélange de gaz frais introduit dans la chambre de précombustion est contrôlée de sorte qu'elle est suffisante pour assurer l'inflammation dudit mélange de gaz frais. L'inflammation du mélange de gaz frais présent dans la chambre de précombustion se propage alors au mélange de gaz frais présent dans la chambre de combustion, ce qui assure la bonne stabilité de la combustion. Ainsi, la consommation en carburant est limitée et les émissions polluantes des gaz d'échappement sont diminuées. Au surplus, grâce aux moyens de contrôle de la richesse du mélange de gaz frais introduit dans la chambre de précombustion selon l'invention, la portion de mélange de gaz frais située dans la chambre de précombustion entre les électrodes de la bougie d'allumage possède une richesse comprise entre 0,8 et 1,2, c'est-à-dire une richesse suffisante pour assurer des conditions d'inflammation satisfaisantes et donc une combustion stable.

Selon une autre caractéristique avantageuse du moteur selon l'invention, il comprend un injecteur de carburant débouchant dans le conduit d'admission d'air. Ledit injecteur est un injecteur multijets destiné à alimenter à la fois la chambre de combustion et la chambre de précombustion.

Grâce à l'agencement de la chambre de précombustion avec le conduit d'admission, un unique injecteur multijets permet d'alimenter en carburant à la fois la chambre de combustion et la chambre de précombustion. Les jets de carburant alimentant la chambre de combustion et ceux alimentant la chambre de précombustion sont issus du même injecteur et peuvent être pilotés de manière indépendante les uns des autres de sorte que la richesse du mélange de gaz frais dans la chambre de précombustion peut être différente de celle du mélange de gaz frais présent la chambre de combustion. Ainsi, on évite d'utiliser un injecteur spécifique pour l'alimentation en carburant de la chambre de précombustion, ce qui réduit les coûts de production du moteur. D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du moteur selon l'invention sont les suivantes : - une paroi intérieure de la chambre de précombustion présente une forme adaptée à la génération d'un mouvement tourbillonnaire du mélange de gaz frais introduit dans la chambre de précombustion ; le moteur comprend un injecteur de carburant débouchant dans la chambre de combustion ; - la chambre de précornbustion est pourvue d'un injecteur spécifique ; - une soupape d'admission principale étant prévue à l'embouchure de la partie du conduit d'admission débouchant directement dans la chambre de combustion et une soupape d'admission auxiliaire étant prévue à l'embouchure d'une partie du conduit d'admission débouchant directement dans la chambre de précombustion, le moteur comprend des moyens de distribution variable adaptés à contrôler le mouvement des deux soupapes d'admission principale et auxiliaire ; - les moyens de distribution variable sont adaptés à débuter la levée de la soupape d'admission auxiliaire de la chambre de précombustion avant la fin de la fermeture de la soupape d'admission principale de la chambre de combustion ; pour un fonctionnement du moteur en charge partielle, les moyens de distribution variable sont adaptés à finir la fermeture de la soupape d'admission auxiliaire de la chambre de précombustion après la fin de la fermeture de la soupape d'admission principale de la chambre de combustion pour un fonctionnement du moteur en forte charge, les moyens de distribution variable sont adaptés à débuter la levée de la soupape d'admission auxiliaire de la chambre de précombustion après le début de la levée de la soupape d'admission principale de la chambre de combustion et à fermer la soupape d'admission auxiliaire de la chambre de précombustion avant la fermeture de la soupape d'admission principale de la chambre de combustion ; la chambre de précombustion débouche directement dans la chambre de combustion. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION La description qui va suivre en regard des dessins annexés d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : la figure 1 est une vue partielle en coupe du moteur selon l'invention ; -la figure 2 est un diagramme représentant la loi d'évolution de la levée des soupapes en fonction du cycle du moteur pour un fonctionnement en charge partielle ; la figure 3 est un diagramme représentant la loi d'évolution de la levée des soupapes en fonction du cycle du moteur pour un fonctionnement en forte 25 charge. Sur la figure 1, on a représenté une partie d'un moteur à combustion interne à injection indirecte et à allumage commandé. Ce moteur comporte un bloc cylindre 6 et une culasse 7 rapportée sur la partie supérieure du bloc cylindre 6. Le bloc cylindre 6 est pourvu de cylindres 62. Chaque cylindre 62 30 accueille une chemise 61 dans laquelle coulisse un piston 63. La tête de cylindre délimite avec la partie supérieure de la tête de piston 63 une chambre de combustion 5. La culasse 7 reçoit des conduits d'admission 9 et d'échappement 8 qui débouchent dans la chambre de combustion 5. Chaque conduit d'admission 9 et d'échappement 8 est pourvu de sièges 3, 4 de tête de soupape sur lesquels reposent en position fermée les têtes des soupapes d'admission principale 25 et d'échappement 26. Le conduit d'admission 9 comporte un élément de séparation 15 qui sépare le conduit d'admission 9 en deux canaux 16, 17, un canal inférieur 16 qui débouche directement dans la chambre de combustion 5 et un canal supérieur 17 qui débouche dans une chambre de précombustion 11. Avantageusement, le canal inférieur 16 permet d'alimenter en air frais la chambre de combustion tandis que le canal supérieur 17 alimente en air frais la chambre de précombustion 11.

Un injecteur 14 multijets débouche dans le conduit d'admission 9 à proximité de la chambre de combustion 5. L'injecteur multijets possède des orifices de giclage de carburant adaptés à émettre des jets suivant différentes directions et suivant le moment adapté du cycle du moteur. Pour ce type d'injecteur, l'ouverture d'une partie des orifices est pilotable indépendamment de l'autre partie des orifices. En particulier ici, comme représenté sur la figure 1, la chambre de combustion est alimentée en carburant par le canal inférieur 16, sous contrôle de la soupape d'admission principale 25, au moyen des jets 141, 142, 143, 144 de l'injecteur multijets tandis que la chambre de précombustion 11 est alimentée en carburant grâce à l'injecteur multijets dont un jet 145 est orienté en direction de la chambre de précombustion par le canal supérieur 17 dédié. Il est prévu des moyens de contrôle de la richesse du mélange de gaz frais introduit dans la chambre de précombustion 11. Ces moyens de contrôle de la richesse du mélange de gaz frais introduit dans la chambre de précombustion 11 comprennent ici une soupape d'admission auxiliaire 12 disposée à l'embouchure de la partie 17 du conduit d'admission 9 qui débouche directement dans la chambre de précombustion 11 et dédiée à cette chambre de précombustion 11. La chambre de précombustion 11 est délimitée latéralement par une paroi 19 formée par une face de l'élément de séparation 15 ainsi qu'une partie de la paroi du conduit d'admission 9 par laquelle débouche une bougie d'allumage 13 à l'intérieur de la chambre de précombustion 11. La partie supérieure de la chambre de précombustion 11 ou encore l'entrée de ladite chambre de précombustion 11 est délimitée par un siège 18 de tête de soupape accueillant la tête de soupape d'admission auxiliaire 12. La partie inférieure de la chambre de précombustion 11 débouche dans la chambre de combustion 5. La paroi 19 latérale de la chambre de précombustion 11 présente une courbure qui permet de générer un mouvement tourbillonnaire du mélange de gaz frais introduit dans la chambre de précombustion 11 et ainsi d'homogénéiser le mélange de l'air frais avec le carburant injecté. L'homogénéisation du mélange de gaz frais permet d'améliorer les conditions d'inflammation de ce mélange de gaz frais et donc de la stabilité de la combustion. En particulier, il est prévu, dans le prolongement de la paroi 19 latérale, un becquet 2 situé au niveau de la partie inférieure de la chambre de précombustion 11 situé qui permet de guider le flux tourbillonnant du mélange de gaz frais vers la bougie d'allumage 13. Le moteur est équipé de moyens de distribution variable qui permettent de contrôler l'ouverture des soupapes d'admission principale 25, auxiliaire 12 et d'échappement 26 pour assurer un fonctionnement adapté du moteur à sa charge. Les moyens de distribution variable sont principalement constitués d'un arbre à came (non représenté) et des soupapes d'admission principale 25, auxiliaire 12 et d'échappement 26 qui lui sont reliées. Ces moyens de distribution participent avec la soupape d'admission auxiliaire 12 aux moyens de contrôle de la richesse du mélange de gaz frais introduit dans la chambre de précombustion 11. Ces moyens de distribution variable fonctionnent de la manière suivante. Lorsque le moteur est en charge partielle, en particulier lorsqu'il est à faible charge avec un mélange de gaz frais pauvre ou dilué par les gaz d'échappement, les soupapes d'admission principale 25, auxiliaire 12, et d'échappement 26 suivent des lois de levée représentées sur la figure 2. Le passage du piston par les positions caractéristiques de point mort haut et de point mort bas au cours du cycle de fonctionnement du moteur, sont repérées sur le diagramme de la figure 2 par rapport aux lois de levée des soupapes. Les positions de point mort bas à l'échappement, de point mort haut à l'échappement, et de point mort bas à l'admission, sont respectivement notées sur la figure 2 PMBE, PMHE, et PMBA. La courbe Cl représente la loi de levée de la soupape d'échappement en fonction du cycle du moteur. Les points remarquables de cette courbe sont l'avance à l'ouverture à l'échappement (AOE) et le retard à la fermeture à l'échappement (RFE). On remarque que l'avance à l'ouverture à l'échappement AOE est réalisée avant l'arrivée du piston au point mort bas à l'échappement et le retard à la fermeture à l'échappement RFE est réalisé après le passage du piston par sa position au point mort haut à l'échappement. La loi de levée de la soupape d'admission auxiliaire 12 dédiée à la chambre de précombustion 11 est représentée par la courbe C3 dont les points caractéristiques sont l'ouverture à l'admission auxiliaire (OAX) qui est située avant le passage du piston par sa position de point mort bas à l'admission, et la fermeture à l'admission auxiliaire (FAX) qui est située après le passage du piston par sa position de point mort bas à l'admission. Lorsque les moyens de distribution variable sont de type à déphaseur angulaire de l'arbre à came d'admission, la soupape d'admission principale 25 de la chambre de combustion 5 suit la loi de levée représentée par la courbe notée C2. Les points remarquables de cette courbe sont l'avance à l'ouverture à l'admission principale (AOAP) qui est située entre les positions PMBE et PMHE prises par le piston au cours du cycle, ainsi que le retard à la fermeture à l'admission principale (RFAP) qui est située entre les positions PMHE et PMBA prises par le piston au cours du cycle. La courbe C2 présente sensiblement la même forme que la courbe Cl et est décalée dans le temps avec un certain retard par rapport à cette courbe Cl et une certaine avance par rapport à la courbe C3. Ainsi, la soupape d'admission 25 principale se ferme avant la soupape auxiliaire 12 qui continue à alimenter la préchambre de précombustion 11 en mélange de gaz frais. Ce déphasage de la levée de la loi de la soupape par rapport à la loi de levée de la soupape auxiliaire 12 contribue à l'évacuation des gaz brûlés résiduels du cycle précédent. Lorsque les moyens de distribution sont de type à levée variable la soupape d'admission principale 25 peut suivre soit la de levée de la courbe C2 ou la loi de levée diminuée de la courbe C21. Les points caractéristiques de la courbe C21 sont l'avance à l'ouverture d'admission principale AOAP1 et le retard à la fermeture d'admission principale RFAP1. Cette courbe C21 possède une amplitude réduite et est enveloppée par la courbe C2.

Ainsi, pour ce type de distribution, la soupape d'admission principale 25 se ferme nettement avant la soupape auxiliaire 12 qui continue à alimenter la préchambre 11 en mélange de gaz frais, ce qui contribue également, comme précédemment, à évacuer les gaz brûlés résiduels du cycle précédent.

Quel que soit le type des moyens distribution, la richesse du mélange de gaz frais introduit dans la chambre de précombustion est ainsi contrôlée de sorte qu'elle est suffisante pour assurer l'inflammation du mélange de gaz frais. L'inflammation du mélange de gaz frais présent dans la chambre de précombustion se propage au mélange de gaz frais présent dans la chambre de combustion, ce qui assure la bonne stabilité de la combustion. Ainsi, la consommation en carburant est limitée et les émissions polluantes des gaz d'échappement sont diminuées. Lorsque le moteur fonctionne à charge élevée, les soupapes d'admission principales 25 et auxiliaire 12 ainsi que la soupape d'échappement 26 suivent les lois de levée représentées sur le diagramme de la figure 3. La loi de levée de la soupape d'échappement 26 représentée par la courbe Cl est la même que pour la courbe Cl du diagramme de la figure 2. La courbe C22 représentant la loi de levée de la soupape d'admission principale 25 présente la même forme que la courbe C2 du diagramme de la figure 2 mais est décalée le long de l'axe des abscisses de sorte que l'avance à l'ouverture d'admission est rapprochée du moment du cycle où le piston passe par sa position au point mort haut à l'échappement PMHE, tandis que le retard à la fermeture à l'admission de la soupape d'admission principale 25 est réalisée après le passage du piston par sa position au point mort bas à l'admission PMBA.

La loi de levée de la soupape auxiliaire 12 est représentée par la courbe C31 qui présente une forme sensiblement équivalente à la courbe C3 du diagramme de la figure 2 mais est décalée selon l'axe des abscisses sur la figure 3 de sorte que cette courbe C31 soit enveloppée par la courbe C22 de levée d'admission de la soupape principale d'admission 25.

Ainsi, les moyens de distribution variable sont adaptés à débuter la levée de la soupape d'admission auxiliaire 12 de la chambre de précombustion 11 après le début de la levée de la soupape d'admission principale 25 de la chambre de combustion 5 et à fermer la soupape d'admission auxiliaire 12 de la chambre de précombustion 11 avant la fermeture de la soupape d'admission principale 25 de la chambre de combustion 5, ce qui permet d'éviter une accumulation de carburant dans le canal supérieur 17 du conduit d'admission 9. Grâce aux lois de levée des soupapes d'admission principale 25 et auxiliaire 12 représentées sur les figures 2 et 3, il est possible de contrôler, conjointement au pilotage de l'ouverture des orifices de giclage de l'injecteur multijets e de manière adaptée à la charge du moteur, la richesse du mélange de gaz frais dans la chambre de précombustion par rapport à celle de la chambre de combustion et ainsi d'améliorer la stabilité de la combustion. La présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. Lorsque le moteur fonctionne avec un mélange de gaz frais pauvre, la stabilité de la combustion étant assurée grâce à la présence de mélange de gaz frais d'une richesse suffisante dans la chambre de précombustion, il est possible de faire recirculer les gaz brûlés et donc de diluer le mélange de gaz frais, ce qui permet de diminuer les émissions polluantes. En variante du mode de réalisation décrit sur la figure 1, on peut aussi prévoir d'utiliser un injecteur spécifique pour la chambre de précombustion. L'injecteur débouchant dans le conduit d'admission peut alors ne pas être multijets. En variante, pour un moteur à injection directe il est prévu un injecteur de carburant débouchant directement dans la chambre de combustion à la place de l'injecteur multijets et dédié à l'alimentation en carburant de la chambre de combustion. La chambre de précombustion est alors pourvue d'un injecteur spécifique.

Claims

REVENDICATIONS

1. Moteur à combustion interne à injection comprenant au moins un cylindre (6) formant une chambre de combustion (5) dans laquelle débouche un conduit d'admission d'air (9), et une chambre de précombustion (11) dans laquelle débouche une bougie d'allumage (13), caractérisé en ce qu'au moins une partie (17) du conduit d'admission (9) débouche directement dans la chambre de précombustion (11) pour l'alimenter en air frais.

2. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens de contrôle de la richesse du mélange de gaz frais introduit dans la chambre de précombustion (11).

3. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de contrôle de la richesse du mélange de gaz frais introduit dans la chambre de précombustion (11) comprennent une soupape d'admission auxiliaire (12) à l'embouchure de la partie (17) du conduit d'admission (9) débouchant directement dans la chambre de précombustion (11).

4. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une paroi intérieure (19) de la chambre de précombustion (11) présente une forme adaptée à la génération d'un mouvement tourbillonnaire du mélange de gaz frais introduit dans la chambre de précombustion (11).

5. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un injecteur (14) de carburant débouchant dans le conduit d'admission d'air (9).

6. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit injecteur (14) est un injecteur multijets destiné à alimenter à la fois la chambre de combustion (5) et la chambre de précombustion (11).

7. Moteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un injecteur de carburant (14) débouchant dans la chambre de combustion (5).

8. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre de précombustion (11) est pourvue d'un injecteur spécifique.

9. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, une soupape d'admission principale (25) étant prévue à l'embouchure de la partie (16) du conduit d'admission (9) débouchant directement dans la chambre decombustion (5) et une soupape d'admission auxiliaire (12) étant prévue à l'embouchure d'une partie (17) du conduit d'admission (9) débouchant directement dans la chambre de précombustion (11), le moteur comprend des moyens de distribution variable adaptés à contrôler le mouvement des deux soupapes d'admission principale et auxiliaire (25, 12).

10. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de distribution variable sont adaptés à débuter la levée de la soupape d'admission auxiliaire (12) de la chambre de précombustion (11) avant la fin de la fermeture de la soupape d'admission principale (25) de la chambre de combustion (5).

11. Moteur selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour un fonctionnement du moteur en charge partielle, les moyens de distribution variable sont adaptés sont adaptés à finir la fermeture de la soupape d'admission auxiliaire (12) de la chambre de précombustion (11) après la fin de la fermeture de la soupape d'admission principale (25) de la chambre de combustion (5).

12. Moteur selon l'une des trois revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour un fonctionnement du moteur en forte charge, les moyens de distribution variable sont adaptés à débuter la levée de la soupape d'admission auxiliaire (12) de la chambre de précombustion (11) après le début de la levée de la soupape d'admission principale (25) de la chambre de combustion (5) et à fermer la soupape d'admission auxiliaire (12) de la chambre de précombustion (11) avant la fermeture de la soupape d'admission principale (25) de la chambre de combustion (5).

13. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre de précombustion (11) débouche directement dans la chambre de combustion (5).