FR2925602A1 - Chambre de combustion dissymetrique pour moteur thermique - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un piston (3) pour moteur à combustion interne, notamment pour moteur diesel, comprenant un corps délimité latéralement par une jupe apte à coopérer avec les parois d'un cylindre d'axe de révolution C dans lequel le piston (3) est apte à coulisser selon cet axe C, le dit piston (3) comportant une face frontale qui comprend un téton central (321), une couronne périphérique (322) et un bol (323) d'axe de révolution B qui s'étend du téton central (321) vers la couronne périphérique (322) à laquelle elle se raccorde au niveau d'une lèvre (3220) d'épaisseur Ep, ledit bol (323) comprenant sensiblement à l'aplomb de la lèvre (3220), un tore (3230) de profil, de préférence en cul-de-four, de rayon maximal Rt apte à guider un carburant injecté sous la lèvre (3220) au niveau d'une zone de réentrant R vers le téton central (321), caractérisé en ce que le téton central présente une pente supérieure Al et inférieure A2 distincte, la pente supérieure Al étant plus douce que la pente inférieure A2.
Description
CHAMBRE DE COMBUSTION DISSYMETRIQUE POUR MOTEUR THERMIQUE.
L'invention concerne, de façon générale, la conception des moteurs thermiques, en particulier des moteurs à combustion interne et à allumage par compression. Les normes de dépollution imposées aux constructeurs automobiles sont de plus en plus sévères, chaque changement de norme ayant pour conséquence des développements techniques importants et l'utilisation de dispositifs de dépollution supplémentaires et/ou plus complexes qui se révèlent coûteux.
Les futures normes incitent les constructeurs à surtout réduire le niveau d'émission à l'échappement d'oxydes d'azote et de particules, notamment afin de ne pas obstruer trop rapidement les filtres à particules, les constructeurs souhaitant dans le même temps augmenter, sinon au moins maintenir le niveau de performances et d'agrément du moteur. Des solutions généralement utilisées pour améliorer la dépollution des moteurs consistent par exemple à recourir à des dispositifs de post-traitement avancés, tels que des filtres à particules ou bien modifier les spécifications de la recirculation de gaz d'échappement connue sous son acronyme anglais EGR, qui grèvent la rentabilité des moteurs. La présente invention a pour but de proposer une chambre de combustion améliorée, et qui permet notamment de réduire le niveau d'émission à l'échappement d'oxydes d'azote et de particules.
L'invention a pour objet un piston pour moteur à combustion interne, notamment pour moteur diesel, comprenant un corps délimité latéralement par une jupe apte à coopérer avec les parois d'un cylindre d'axe de révolution C dans lequel le piston est apte à coulisser selon cet axe C, le dit piston comportant une face frontale qui comprend un téton central, une couronne périphérique et un bol d'axe de révolution B qui s'étend du téton central vers la couronne périphérique à laquelle elle se raccorde au niveau d'une lèvre d'épaisseur Ep, ledit bol comprenant sensiblement à l'aplomb de la lèvre, un tore de profil, de préférence en cul-de-four, de rayon maximal Rt apte à guider un carburant injecté sous la lèvre au niveau d'une zone de réentrant R vers le téton central, remarquable en ce que le téton central présente une pente supérieure d'angle Al et inférieure d'angle A2 distincte, la pente supérieure d'angle Al étant plus douce que la pente inférieure d'angle A2. La mise en oeuvre d'un piston selon l'invention permet notamment d'atteindre les avantages suivants : -on évite de rendre les systèmes de post- traitement plus complexes et plus coûteux; - on réduit les émissions d'oxydes d'azote pour le passage de normes de dépollution.
Suivant des modes particuliers de réalisation, le piston comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes . - la pente inférieure d'angle Al pris à partir de l'axe de révolution B du bol dans le sens 30 géométrique est compris entre 69° et 84° et est de préférence sensiblement égal à 72°; - la pente inférieure d'angle A2 pris à partir de l'axe de révolution B du bol dans le sens géométrique est compris entre 47° et 62° et est de préférence sensiblement égal à 59° ; - le bol est décentré, l'axe de révolution B du bol étant distinct et placé à distance de l'axe de révolution C du cylindre ; - l'épaisseur Ep de la lèvre est comprise entre 3mm et 5mm et est de préférence sensiblement 10 égale à 4, 5mm - la lèvre est située à une distance De/2 de l'axe de révolution B du bol, la distance De étant comprise entre 45mm et 48mm et est de préférence sensiblement égale à 47mm ; 15 - le tore est situé à une distance Db/2 de l'axe de révolution B du bol, la distance Db étant comprise entre 48mm et 51mm et de préférence sensiblement égale à 49mm,; - la différence des distances, par rapport à l'axe 20 de révolution B du bol, de l'extrémité de la couronne De/2 et de l'extrémité du tore Db/2 est sensiblement égale à lmm ; - la profondeur maximale P du bol est comprise entre 13mm et 14,5mm et est de préférence 25 sensiblement égale à 13,5mm ; - le sommet du téton situé sur l'axe de révolution tdu bol s'élève à une hauteur inférieure d'une distance Dt sous le niveau de la couronne périphérique comprise entre 4,6mm et 6,1mm et 30 est de préférence sensiblement égale à 5,1mm. L'invention a également pour objet un moteur à combustion interne adapté à des normes de dépollution strictes quant aux émission d'oxydes d'azote et de particules et plus particulièrement un moteur à combustion interne du type diesel remarquable en ce qu'il comprend au moins un piston selon l'invention.
Ce moteur à combustion interne du type diesel peut présenter un cylindre d'axe de révolution C dont l'extrémité supérieure est fermée par une culasse pourvue d'une face inférieure qui concourre à définir une chambre de combustion avec la face frontale du piston dont le bol de piston est centre autour d'un axe de révolution B, ledit moteur comprenant, débouchant de la face inférieure de la culasse, au moins un conduit d'admission pouvant être obturé par une soupape d'admission et au moins un conduit d'échappement apte à être obturé par une soupape d'échappement, une bougie de préchauffage et un injecteur de carburant dont le nez débouche dans la chambre de combustion au niveau d'un axe d'injecteur I parallèle à l'axe de révolution du cylindre C et distant de celui-ci, l'injecteur faisant un angle Ai avec l'axe d'injecteur I compris entre 15° et 15,5° remarquable en ce que les axes de cylindre C, de bol B et d'injecteur I sont alignés, la distance séparant l'axe de cylindre C de l'axe du bol B étant sensiblement égale à 1,25mm et la distance séparant l'axe de cylindre C de l'axe d'injecteur I étant sensiblement égale à 4mm. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description du, mode de réalisation qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures suivantes 2925602. la figure 1 est une coupe schématique partielle d'un moteur à combustion interne selon l'invention; la figure 2 est une 5 plan contenant l'axe piston détaillant la l'invention, côté admission. On a illustré, figure 1, un moteur à combustion interne 100, notamment pour moteur diesel, comprenant au 10 moins un cylindre 1 d'axe de révolution C, une culasse 2 et un piston 3. Dans la suite de la description, on considérera que cet axe de révolution C est orienté vers le haut, vers la culasse 2. 15 Le piston 3 est monté coulissant dans le cylindre 1 suivant l'axe de révolution du cylindre C, et présente un corps de piston apte à accueillir un axe pour lier le piston à une tête de bielle d'entraînement, ledit corps étant délimité latéralement par une jupe de piston 31 20 s'étendant parallèlement à l'axe de révolution du cylindre C et coopérant avec une paroi interne du cylindre 1. Le piston comprend en outre une face frontale 32 qui concourre avec la face inférieure 20 de la culasse 2 à délimiter une chambre de combustion du cylindre 1. 25 L'air frais ou un mélange d'air frais et de gaz d'échappement recirculés est admis dans la chambre de combustion par au moins un conduit d'admission 5 formé dans la culasse 2 et qui peut être obturé par au moins une soupape d'admission 50. 30 Les résidus de combustion du mélange air carburant introduit sont évacués par au moins un conduit coupe partielle selon un de révolution du bol de tête d'un piston selon d'échappement 6 formé dans la culasse 2, et qui peut être obturé par au moins une soupape d'échappement 60. Une bougie de préchauffage 4 est implantée dans la culasse 2, son extrémité débouchant dans la chambre de
combustion de manière à pouvoir chauffer le mélange air carburant lors de démarrages à froid. Un injecteur de carburant 7 est implanté dans la culasse 2 et débouche dans la chambre de combustion. Selon le mode de réalisation représenté, l'injecteur 7
est agencé de telle sorte qu'il est décalé par rapport à l'axe du cylindre C. Le nez de l'injecteur 7 débouche au niveau d'un axe I dit d'injecteur parallèle à l'axe de symétrie du cylindre C. Selon le mode de réalisation` représenté,
l'injecteur 7 est incliné d'un angle Ai compris entre 15° et 15,5° pris à partir de l'axe d'injecteur I dans le sens anti-géométrique.
Comme représenté coupe partielle selon un r-. d'un piston 3 selon l'invention, la face frontale 32 comprend un téton central 321, une couronne périphérique 322 et une cavité annulaire ou bol 323 d'axe de révolution B parallèle à l'axe de révolution du cylindre C et situé à distance de celui-ci de manière à compenser
le décalage de l'injecteur 7, ledit bol 323 s'étendant du téton central 321 vers la couronne périphérique 322 à laquelle elle se raccorde. De préférence, les axes de cylindre C, de bol B et d'injecteur I sont alignés dans un plan commun, la distance séparant l'axe de cylindre C de l'axe de bol B étant sensiblement égale à 1,25 mm et la distance la figure 2 qui détaille, 'en la partie supérieure plana axial, séparant l'axe de cylindre C de l'axe d'injecteur I étant sensiblement égale à 4 mm. La couronne périphérique 322 s'étend latéralement de la jupe 31 du piston 3 vers l'axe de révolution B du bol 323 jusqu'à une extrémité formant une lèvre 3220 en dessous de, laquelle le bol 323 présente un tore 3230 de profil en cul-de-four de rayon de courbure maximal Rt compris entre 4,2 mm et 5,8 mm et de préférence sensiblement égal à 4,5mm.
La lèvre 3220 est située à Une distance De/2 de l'axe de révolution B du bol 323, la distante De étant comprise entre 45 et 48 mm et de préférence sensiblement égale à 47mm. Le tore 3230 est situé à une distance Db/2 de l'axe de révolution B du bol 323, la distance Db étant comprise entre 48mm et 51 mm et de préférence sensiblement égale à 49mm. L'injecteur 7 est conçu pour injecter sélectivement du carburant sous forme de jets dirigés dans une région 20, supérieure du tore 3230 adjacente à une arête inférieure de la lèvre 3220, également dénommée réentrant R de manière à améliorer le guidage du jet de carburant partir de ce réentrant R par enroulement sur les parois du tore 3230 vers le fond du bol, où se trouve l'oxygène 25 lors de la remontée du piston 3, afin de réduire les fumées et afin de préparer la circulation des gaz vers le téton central 321. De préférence, on conservera un réentrant R en maintenant une différences des distances, par rapport à 30 l'axe de révolution B du bol 323, de l'extrémité de la couronne De/2 et de l'extrémité du tore Db/2 sensiblement égale à Imm.
De préférence, l'épaisseur Ep de la lèvre 3220 correspondant à la distance du réentrant R de la couronne périphérique 322 est comprise entre 3mm et 5mm et de préférence sensiblement égale à 4,5mm.
La profondeur maximale P du bol 323 est comprise entre 13mm et 14,5mm et de préférence sensiblement égale à 13,5mm. Une telle proforideûr P présente l'avantage d'offrir une quantité d'air emprisonnée au fond du bol 323 importante en vue deson mélange avec le carburant.
La combinaison de cette définition du réentrant R, du tore 3230 et d'une profondeur maximale P du bol 323 permet un guidage du jet de carburant amélioré vers un volume d'air emprisonné au fond du bol 323. Le sommet du téton central 3.21, situé sur l'axe de révolution B du bol 320, s'élève à une hauteur inférieure d'une distance Dt sous le` niveau de la couronne périphérique 320, cette distance Dt étant comprise entre 4,6mm et 6,1mm et de préférence sensiblement égale à 5,1mm. Cette distance Dt permet de limiter les interactions des jets de carburants projetés vers le fond du bol 320 avec le téton central 321 et notamment son sommet, permettant de réduire les émissions de fumées et de carburant imbrûlé. Le téton central 321 présente une pente supérieure d'angle Al et inférieure d'angle A2 distinctes, la pente supérieure d'angle Al étant plus douce que la pente inférieure d'angle A2. La pente supérieure d'angle Al pris à partir de l'axe de révolution B du bol 320 dans le sens géométrique est compris entre 69° et 84° et est dé préférence sensiblement égal à 72°.
La pente inférieure d'angle À2 pris à partir de l'axe de révolution B du bol 320 dans le sens géométrique est compris entre 47° et 62° et est de préférence sensiblement égal à 59°. L'utilisation d'une pente inférieure raide d'angle A2 permet de retenir davantage d'air au fond du bol 320 que dans le cas d'un téton central 321 à simple pente. Un moteur à combustion interne 100 pourvu d'un piston 3 combinant ces caractéristiques 'se révèle 10 particulièrement avantageux à l'usage par rapport à un moteur à combustion interne pourvu d'un piston adapté à des normes de dépollution actuelles, du type Euro 4. Ces tests ont été réalisé avec un moteur 100 qui présente les caractéristiques additionnelles suivantes, un alésage de 15 76mm, un taux de compression d'environ 15 et un niveau de swirl au point mort bas Nd/N proche de 2. En effet, sous des charges partielles, ce moteur 100 émet des oxydes d'azote et des particules en quantité inférieures de 10% environ. Dans les même conditions de 20 charge, ,une réduction d'environ 20% des hydrocarbures imbrûlés HC est également observée. A pleine charge, et à haut régime de l'ordre de 4000tr.min"', on observe une augmentation de la puissance maximum de l'ordre de 3%, en limite de fumées, c'est-à- 25 dire avec un niveau de fumées constant de l'ordre de 3fsn, c'est à dire trois fois l'indice de noircissement des fumées. Autrement dit, ceci revient à puissance maximum constante, de réduire la quantité de fumées, l'indice de noircissement des fumées étant réduit d'une 30 valeur comprise entre 0,5 et 1 fsn.
Claims (12)
1. Piston (3) pour moteur à combustion interne, notamment pour moteur diesel, comprenant un corps délimité latéralement par une jupe (31) apte à coopérer avec les parois d'un cylindre (1) d'axe de révolution C dans lequel le piston (3) est apte à coulisser selon cet axe C, le dit piston (3) comportant une face frontale (32) qui comprend un téton central (321), une couronne périphérique (322) et un bol (323) d'axe de révolution B qui s'étend du téton central (321) vers la couronne périphérique (322) à laquelle elle se raccorde au niveau d'une lèvre (3220) d'épaisseur Ep, ledit bol (323) comprenant sensiblement à l'aplomb de la lèvre (3220), un tore (3230) de profil, de préférence en cul-de-four, de rayon maximal Rt apte à guider un carburant injecté sous la lèvre (3220) au niveau d'une zone de réentrant R vers le téton central (321), caractérisé en ce que le téton central (321) présente une pente supérieure d'angle Al et inférieure d'angle A2 distincte, la pente supérieure d'angle Al étant plus douce que la pente inférieure d'angle A2.
2. Piston (3) pour moteur à combustion interne selon la revendication précédente caractérisé en ce que la pente inférieure d'angle Al pris à partir de l'axe de révolution B du bol (323) dans le sens géométrique est compris entre 69° et 84° et est de préférence sensiblement égal à 72°.
3. Piston (3) pour moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la pente inférieure d'angle A2 pris à partir de l'axe de révolution B du bol (323) dans le sens géométrique est compris entre 47° et 62° et est de préférence sensiblement égal à 59°.
4. Piston (3) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le bol (323) est décentré, l'axe de révolution B du bol (323) étant distinct et placé à distance de l'axe de révolution C du cylindre (1).
5. Piston (3) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'épaisseur Ep de la lèvre (3220) est comprise entre 3mm et 5mm et est de préférence sensiblement égale à 4,5mm.
6. Piston (3) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le rayon de courbure maximal Rt du tore (3230) est compris entre 4,2mm et 5,8mm et est de préférence égal à 4,5mm.
7. Piston (3) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la lèvre (3220) est située à une distance De/2 de l'axe de révolution B du bol (323), la distance De étant comprise entre 45mm et 48mm et est de préférence sensiblement égale à 47mm.
8. Piston (3) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le tore (3230) est situé à une distance Db/2 de l'axe de révolution B du bol (323), la distance Db étant comprise comprise entre 48mm et 51mm et de préférence sensiblement égale à 49mm .
9. Piston (3) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la différence des distances, par rapport à l'axe de révolution B du bol (323), de l'extrémité de la couronne De/2 et de l'extrémité du tore Db/2 est sensiblement égale à Imm.
10. Piston (3) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la profondeur maximale P du bol (323) est comprise entre 13mm et 14,5mm et est de préférence sensiblement égale à 13,5mm.
11. Piston (3) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le sommet du téton situé sur l'axe de révolution B du bol (323) s'élève à une hauteur inférieure d'une distance Dt sous le niveau de la couronne périphérique (320) comprise entre 4,6mm et 6,1mm et est de préférence sensiblement égale à 5,1mm.
12. Moteur (100) à combustion interne du type diesel caractérisé en ce qu'il comprend au moins un piston (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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