CHAMBRE DE COMBUSTION POUR MOTEUR THERMIQUE, AMELIORANT LE DEMARRAGE ACOMBUSTION CHAMBER FOR THERMAL MOTOR, IMPROVING START-UP
FROID.COLD.
L'invention concerne, de façon générale, la conception des moteurs thermiques, en particulier des moteurs à combustion interne et à allumage par compression, équipés de bougies de préchauffage. Plus précisément, l'invention concerne une chambre de combustion pour moteur thermique, notamment pour moteur diesel, comprenant au moins un cylindre, une culasse, un piston, et une bougie implantée dans la culasse, le piston étant monté coulissant dans le cylindre suivant un axe et présentant une face frontale contribuant avec la culasse à délimiter la chambre dans le cylindre, la face frontale du piston présentant un bol comprenant une dépression définie entre un téton central et une couronne périphérique. De façon générale, les moteurs diesel ont des difficultés pour démarrer à froid aux très faibles températures, ces difficultés étant d'autant plus notables que leur rapport volumétrique de compression est faible. Or, les taux de compression de ces moteurs sont régulièrement diminués au fil des années (en moyenne -17 aujourd'hui ccntre -19 en 2000), dans le but d'accroître les performances spécifiques de ces moteurs et/ou d'en améliorer la dépollution sur cycle. Aussi le départ à froid de tels moteurs devient-il de plus en plus problématique, d'autant plus que la baisse des taux de compression de ces moteurs s'accompagne d'exigences accrues en matière de températures inférieures de fonctionnement (jusqu'à -30 C pour les pays de grands froids). Comme les nouveaux concepts de combustion tels que la combustion homogène Diesel (connue de l'homme du métier sous l'acronyme "HCCI") requièrent, pour un fonctionnement optimal, un taux de compression encore plus faible ;au maximum égal à 14), il est essentiel d'améliorer le démarrage à froid des moteurs diesel à faible taux de compression, et/ou de permettre le démarrage de ces moteurs à des températures encore plus basses. Pour démarrer en condition de froid intense, les moteurs diesel utilisent la plupart du temps une bougie de préchauffage, qui a pour effet de créer, dans la chambre de combustion, un point chaud qui permet de déclencher le processus de combustion. Face à la réduction du taux de compression et afin de compenser la perte thermique des gaz qui en résulte dans la chambre, on utilise le plus souvent des bougies de préchauffage ayant des niveaux maximaux de température de plus en plus élevés. Cependant, les contraintes acceptables en termes de puissance consommée, de tenue des matériaux, et de coût des bougies (notamment des bougies en céramique qui sont actuellement les plus performantes) limitent cette augmentation de température. Une autre voie en cours d'exploration, et qui consiste à augmenter l'énergie électrique transmise à la bougie et/ou au démarreur pour augmenter le régime moteur lors de son lancement, requiert une augmentation importante de la puissance de la batterie et conduit également à un coût élevé. The invention relates, in general, to the design of heat engines, in particular internal combustion engines and compression ignition engines, equipped with glow plugs. More specifically, the invention relates to a combustion chamber for a heat engine, in particular for a diesel engine, comprising at least one cylinder, a cylinder head, a piston, and a spark plug implanted in the cylinder head, the piston being slidably mounted in the cylinder in accordance with a axis and having a front face contributing with the cylinder head to define the chamber in the cylinder, the end face of the piston having a bowl comprising a depression defined between a central pin and a peripheral ring. In general, diesel engines have difficulty starting cold at very low temperatures, these difficulties being all the more notable that their compression ratio is low. However, the compression ratios of these engines are regularly decreased over the years (on average -17 today ccntre -19 in 2000), in order to increase the specific performance of these engines and / or improve the depollution on cycle. Also the cold start of such engines becomes more and more problematic, especially as the lower compression ratio of these engines is accompanied by increased requirements for lower operating temperatures (up to - 30 C for colder countries). As new combustion concepts such as homogeneous diesel combustion (known to those skilled in the art under the acronym "HCCI") require, for optimal operation, an even lower compression ratio, at most equal to 14), it is essential to improve the cold start of diesel engines with a low compression ratio, and / or to allow these engines to start at even lower temperatures. To start up in a state of intense cold, diesel engines use most of the time a glow plug, which has the effect of creating a hot spot in the combustion chamber that triggers the combustion process. Faced with the reduction of the compression ratio and in order to compensate for the resulting thermal loss of gases in the chamber, glow plugs with higher and higher maximum temperature levels are most often used. However, the acceptable constraints in terms of power consumed, holding materials, and cost of candles (including ceramic candles that are currently the most efficient) limit this increase in temperature. Another way being explored, which is to increase the electrical energy transmitted to the spark plug and / or the starter to increase the engine speed at launch, requires a significant increase in the power of the battery and also leads at a high cost.
Dans ce contexte, l'invention a pour but de proposer une chambre de combustion permettant d'améliorer de façon sensible le départ à froid des moteurs à combustion interne, en particulier des moteurs diesel. In this context, the invention aims to provide a combustion chamber to significantly improve the cold start of internal combustion engines, especially diesel engines.
A cette fin, la chambre de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisée en ce que la dépression est essentiellement formée d'une cavité annulaire qui, dans un plan de coupe axial de la chambre, se raccorde au téton par un point d'inversion de concavité, et en ce que la cavité annulaire présente, au point d'inversion de concavité et dans le plan de coupe axial de la chambre, une tangente qui pointe sensiblement vers la bougie, pour dévier vers la bougie les gaz circulant dans cette cavité. Bien qu'un piston présentant une cavité annulaire et un téton se rejoignant en un point d'inversion de concavité soit. déjà décrit dans la demande japonaise JP 2000-158119, la présente invention inscrit ces caractéristiques dans un environnement particulier qui leur permettent de développer un résultat spécifique et original. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après,. à titre indicatif et nullement limitatif, en référence au dessin annexé dont l'unique figure est une vue en coupe schématique partielle d'une chambre de combustion conforme à l'invention. Comme annoncé précédemment, l'invention concerne une chambre de combustion pour moteur thermique, notamment pour moteur diesel, cette chambre comprenant au moins un cylindre 1, une culasse 2, un piston 3, une bougie 4 implantée dans la culasse 2, et un injecteur de carburant INJ. Le piston 3 est monté coulissant dans le cylindre 1 suivant un axe Z et présente une face frontale contribuant avec la culasse 2 à délimiter la chambre dans le cylindre 1. La face frontale du piston 3 présente un bol 5 bordé par une couronne périphérique 6, le bol 5 comprenant un téton central 52 et une dépression 51 définie entre ce téton central 52 et la couronne périphérique 6. Selon un premier aspect de l'invention, la dépression 51 est essentiellement formée d'une cavité annulaire qui, dans un plan de coupe axial de la chambre correspondant au plan de la figure, se raccorde au téton 52 par un point IK d'inversion de concavité. Par ailleurs, la cavité annulaire 51 présente, au point IK d'inversion de concavité et dans le plan de coupe axial, une tangente T qui pointe sensiblement vers la bougie 4. Plus précisément, la tangente T pointe vers la zone 40 dans laquelle se situe le point chaud créé par la bougie 4. Grâce à cet agencement, la cavité 51 dévie vers la zone chaude 40 les gaz G qui circulent dans cette cavité. De préférence, la tangente T à la cavité annulaire 51 au point d'inversion IK forme avec l'axe Z un angle au plus égal à 10 degrés. Par ailleurs, le téton 52, dans le plan de coupe 30 axial de la chambre et au-delà du point IK d'inversion de concavité suivant une direction centripète, est avantageusement délimité par un bord 520 formant, avec l'axe Z, un angle A compris entre 30 et 45 degrés. Ainsi, les gaz G, au passage du point IK, rencontrent une rupture de pente, le téton 52 pouvant en outre présenter globalement la forme d'un tronc de cône de révolution autour de l'axe Z. L'invention permet d'augmenter la qualité d'un démarrage à froid, qui se juge sur plusieurs critères tels que le temps de départ, la qualité de montée en régime, la stabilité au régime ralenti, etc. Le jet de carburant émis par l'injecteur INJ et symbolisé par la flèche G s'enroule dans la cavité annulaire 51 après être passé au voisinage du point chaud 40 créé par la bougie 4. For this purpose, the chamber of the invention, moreover in conformity with the generic definition given in the preamble above, is essentially characterized in that the depression is essentially formed of an annular cavity which, in a plane of axial section of the chamber, is connected to the nipple by a concavity reversal point, and in that the annular cavity has, at the point of concavity inversion and in the axial section of the chamber, a tangent which points substantially towards the candle, to divert towards the candle the gases circulating in this cavity. Although a piston having an annular cavity and a nipple meeting at a concavity inversion point is. already described in the Japanese application JP 2000-158119, the present invention lists these characteristics in a particular environment that allow them to develop a specific and original result. Other features and advantages of the invention will become clear from the description which is given below. by way of indication and in no way limitative, with reference to the appended drawing, the sole figure of which is a partial schematic sectional view of a combustion chamber according to the invention. As previously announced, the invention relates to a combustion chamber for a heat engine, in particular for a diesel engine, this chamber comprising at least one cylinder 1, a cylinder head 2, a piston 3, a spark plug 4 implanted in the cylinder head 2, and an injector INJ fuel. The piston 3 is slidably mounted in the cylinder 1 along an axis Z and has a front face contributing with the cylinder head 2 to delimit the chamber in the cylinder 1. The front face of the piston 3 has a bowl 5 bordered by a peripheral ring 6, the bowl 5 comprising a central pin 52 and a depression 51 defined between this central pin 52 and the peripheral ring 6. According to a first aspect of the invention, the depression 51 is essentially formed of an annular cavity which, in a plane of axial section of the chamber corresponding to the plane of the figure, is connected to the pin 52 by a concavity reversal point IK. Moreover, the annular cavity 51 has, at the concavity inversion point IK and in the axial section plane, a tangent T which points substantially towards the spark plug 4. More precisely, the tangent T points towards the zone 40 in which locates the hot spot created by the candle 4. With this arrangement, the cavity 51 deviates towards the hot zone 40 G gases that circulate in this cavity. Preferably, the tangent T to the annular cavity 51 at the inversion point IK forms with the axis Z an angle at most equal to 10 degrees. Furthermore, the pin 52, in the axial plane 30 of the chamber and beyond the concavity inversion point IK in a centripetal direction, is advantageously delimited by an edge 520 forming, along the Z axis, a angle A between 30 and 45 degrees. Thus, the gases G, at the passage of the point IK, encounter a slope break, the pin 52 may also have generally the shape of a truncated cone of revolution about the Z axis. The invention makes it possible to increase the quality of a cold start, which is judged on several criteria such as the starting time, the quality of revving, stability at idle speed, etc. The fuel jet emitted by the injector INJ and symbolized by the arrow G is wound in the annular cavity 51 after having passed in the vicinity of the hot point 40 created by the spark plug 4.
Lors de ce passage, un démarrage du moteur est possible à la condition d'être dans une configuration favorable. En réalité, ce phénomène est assez sensible à la position de la bougie ainsi qu'à d'autres paramètres qui concourent à réduire la probabilité du démarrage. Dans ces conditions, l'invention vise à exploiter un autre mécanisme de démarrage, qu'on appellera secondaire, et qui est consécutif au guidage du jet G par le bol 5, ce mécanisme secondaire étant optimisé selon l'invention par la double pente rencontrée par le jet G au point IK. Plus précisément, cet agencement permet d'accroître l'interaction du champ vapeur de carburant, issu du guidage du jet par le bol 5, avec l'extrémité inférieure 40 de la bougie de préchauffage dans le but de : - réduire le temps de démarrage par une meilleure mise à feu résultant de l'interaction rapide entre le champ vapeur et la bougie, - réduire la sensibilité à la position de la bougie dans la mesure où le guidage par le bol tend à évaser le jet, de sorte que l'interaction entre la bougie et le carburant a lieu sur une plus large zone dans le mécanisme seccndaire, et - améliorer la stabilité de la combustion dans la 10 mesure où la zone chaude 40 est bien alimentée en carburant. Comme le comprendra l'homme du métier à la lecture de la présente description, la position du point IK d'inversion de concavité, qui se trouve sur un cercle de 15 rupture de pente centré sur l'axe Z, pourra très avantageusement être optimisée sur chaque moteur en fonction de la position de la bougie 4, et notamment de l'éloignement de cette bougie par rapport à l'axe Z. During this passage, an engine start is possible provided that it is in a favorable configuration. In fact, this phenomenon is quite sensitive to the position of the candle as well as other parameters that contribute to reduce the probability of starting. Under these conditions, the invention aims to exploit another starting mechanism, which will be called secondary, and which is consecutive to the guidance of the jet G by the bowl 5, this secondary mechanism being optimized according to the invention by the double slope encountered by the jet G at the point IK. More specifically, this arrangement makes it possible to increase the interaction of the fuel vapor field, resulting from the guidance of the jet by the bowl 5, with the lower end 40 of the glow plug in order to: - reduce the start-up time by better ignition resulting from the fast interaction between the vapor field and the candle, - reducing the sensitivity to the position of the candle insofar as the guiding by the bowl tends to flare the jet, so that the The interaction between the spark plug and the fuel takes place over a wider area in the seccndary mechanism, and - improving the stability of the combustion to the extent that the hot zone 40 is well supplied with fuel. As will be understood by those skilled in the art upon reading the present description, the position of the concavity inversion point IK, which lies on a Z-axis-centered rupture circle, can very advantageously be optimized. on each engine according to the position of the candle 4, and in particular the distance of this candle relative to the Z axis.