FR2948413A3

FR2948413A3 - Direct injection engine e.g. diesel engine, for motor vehicle, has injector emerging from chamber such that its position with respect to pipe and its inclination with respect to cylinder axis are adapted to permit fuel injection in zone

Info

Publication number: FR2948413A3
Application number: FR0955172A
Authority: FR
Inventors: Juan Reina-Martinez; Cedric Servant; Gilles Coma
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2009-07-23
Filing date: 2009-07-23
Publication date: 2011-01-28

Abstract

The engine has a cylinder (2) containing an alternative movement piston (21), and a cylinder head traversed by an exhaust pipe (12). A fuel injector (11) communicates with the cylinder. The cylinder head has a roof shaped inner face to close the cylinder. The injector emerges from a combustion chamber such that its position with respect to the exhaust pipe and its inclination with respect to a symmetric axis (X-X') of the cylinder are adapted to permit injection of fuel in an interface zone. An independent claim is also included for a method for optimizing combustion in a direct injection engine for a motor vehicle functioning.

Description

Gestion de la combustion dans un moteur à injection directe pour véhicule automobile. Management of combustion in a direct injection engine for a motor vehicle.

La présente invention se rapporte à la gestion de la combustion dans les moteurs à combustion interne, notamment pour véhicules automobiles, qu'il s'agisse de moteurs à allumage commandé ou de moteurs de type Diesel à allumage par compression. D'une manière plus précise, l'invention porte d'une part sur la gestion des gaz contenus dans la chambre de combustion (gaz brûlés résiduels et charge comburante) pour générer une stratification axisymétrique de ces gaz, et d'autre part sur le contrôle de l'évolution spatiotemporelle de la combustion grâce à cette stratification. On connaît déjà par le brevet US 5,918,577 un système de stratification radiale de gaz brûlés résiduels (GBR) dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, qui comprend la réaspiration à travers les soupapes d'échappement des gaz précédemment évacués lors de la phase d'échappement. La stratification obtenue est radiale, les gaz brûlés étant maintenus en périphérie, tandis que le mélange d'air et de carburant est maintenu au centre de la chambre de combustion. La stratification radiale évoquée dans ce document est obtenue par une action sur le moment d'ouverture et de fermeture des différentes soupapes d'admission et d'échappement, mais aucune précision n'est donnée quant aux modalités de cette action. The present invention relates to the management of combustion in internal combustion engines, especially for motor vehicles, whether spark ignition engines or compression ignition type diesel engines. More precisely, the invention relates on the one hand to the management of the gases contained in the combustion chamber (residual burnt gases and oxidizing charge) to generate an axisymmetric stratification of these gases, and on the other hand to the control of the spatiotemporal evolution of combustion thanks to this stratification. US Pat. No. 5,918,577 already discloses a radial stratification system for residual burned gases (GBR) in the combustion chamber of an internal combustion engine, which comprises the re-aspiration through the exhaust valves of the gases previously discharged during the exhaust phase. The stratification obtained is radial, the flue gases being maintained at the periphery, while the mixture of air and fuel is maintained in the center of the combustion chamber. The radial stratification evoked in this document is obtained by an action on the opening and closing moment of the various intake and exhaust valves, but no precision is given as to the modalities of this action.

Le brevet US 6,318,348 (VISTEON) évoque également une stratification radiale des gaz admis dans la chambre de combustion, l'ensemble de la charge étant mis en rotation suivant l'axe du cylindre, et les gaz brûlés résiduels étant maintenus préférentiellement sur la circonférence du cylindre. Comme dans le document précédent, aucune précision n'est donnée sur la gestion des moments d'ouverture et de fermeture des différentes soupapes. La demande de brevet britannique GB 2 350 400 (FORD) décrit une stratification des gaz brûlés résiduels, également par action sur le moment d'ouverture et de fermeture des soupapes d'admission. Dans ce document, on recherche principalement une augmentation de la durée pendant laquelle les soupapes d'admission et les soupapes d'échappement sont simultanément ouvertes au voisinage du point mort haut. Ces systèmes mettant en oeuvre une stratification radiale des gaz admis dans la chambre de combustion présentent la particularité que les gaz brûlés résiduels sont maintenus préférentiellement en périphérie, ce qui présente l'inconvénient de rendre plus difficile le pilotage de la vidange des gaz brûlés. En outre, dans ces systèmes, la gestion de la combustion se fait par contrôle de la quantité de gaz brûlés dans la chambre de combustion via la gestion de l'ouverture et de la fermeture des différentes soupapes. Toutefois, il n'est pas du tout fait mention dans ces documents de la gestion de l'évolution spatio-temporelle de la combustion. Or, la mise en oeuvre de ces systèmes avec stratification radiale est limitée par le caractère explosif de l'inflammation du carburant lorsqu'elle se produit simultanément en tous points d'un volume de gaz et il est très difficile d'en contrôler par la suite, le déroulement de la combustion. US Pat. No. 6,318,348 (VISTEON) also mentions a radial stratification of the gases admitted to the combustion chamber, the whole of the charge being rotated along the axis of the cylinder, and the residual flue gases being maintained preferentially on the circumference of the cylinder. cylinder. As in the previous document, no precision is given on the management of the opening and closing moments of the various valves. British Patent Application GB 2 350 400 (FORD) describes a stratification of residual flue gases, also by action on the opening and closing time of the intake valves. In this document, it seeks primarily an increase in the duration during which the intake valves and the exhaust valves are simultaneously open near the top dead center. These systems employing a radial stratification of the gases admitted into the combustion chamber have the particularity that the residual burnt gases are maintained preferentially at the periphery, which has the disadvantage of making it more difficult to control the flue gas discharge. In addition, in these systems, the management of the combustion is done by controlling the amount of gas burned in the combustion chamber via the management of the opening and closing of the various valves. However, these documents do not mention at all the management of the spatio-temporal evolution of combustion. However, the implementation of these systems with radial stratification is limited by the explosive nature of the ignition of the fuel when it occurs simultaneously in all points of a volume of gas and it is very difficult to control by the following, the course of the combustion.

L'autre difficulté est de placer le début de la combustion au voisinage du point mort haut (PMH), qui impose d'agir sur le délai d'oxydation, c'est-à-dire sur l'histoire de la charge carburée. Cela est possible en régime stabilisé, mais périlleux dans les régimes transitoires rapides des moteurs automobiles. The other difficulty is to place the start of combustion in the vicinity of the top dead center (TDC), which requires acting on the oxidation delay, that is to say on the history of the carburetted charge. This is possible in steady state, but perilous in the fast transient regimes of automotive engines.

Pour résoudre un tel problème, il est connu de l'homme de l'art un procédé de combustion pour moteur alternatif qui comprend un contrôle de l'évolution spatio-temporelle de la combustion. Ainsi, la demande de brevet français FR 2 862 343 décrit un procédé de combustion prévu pour fonctionner avec un taux élevé de gaz brûlés recyclés, qui présente les caractéristiques suivantes lors de la phase de compression : - la masse gazeuse contenue dans le cylindre comporte une zone occupée essentiellement pendant toute la compression par des gaz brûlés recyclés, où la concentration d'oxygène résiduel est insuffisante pour permettre un autoallumage précoce, et une zone qui contient sensiblement la totalité de la charge d'air frais ; - le carburant est introduit dans la première zone (gaz brûlés recyclés) pour créer un mélange de gaz brûlés et de vapeur de carburant aussi homogène que possible en fin de compression, de manière à former une charge carburée ; - la charge comburante d'air frais et la charge carburée sont échauffées différemment par la compression au dessus du seuil d'auto allumage ; - les deux zones sont mélangées par diffusion au voisinage du point mort haut du piston pour entretenir une flamme de diffusion avec les produits mis en contact. Dans le procédé décrit dans FR 2 862343, toute la vapeur de carburant est diluée par les gaz brûlés avant l'introduction de l'oxygène frais dans la zone réactionnelle. En fin de compression, les températures des zones carburées et comburante sont suffisantes pour qu'un autoallumage du prémélange carburé (charge carburée) se déclenche. Ce procédé présente toutefois l'inconvénient de nécessiter un prémélange du carburant avec les gaz brûlés résiduels, qui se fait préalablement à l'admission d'air. To solve such a problem, it is known to those skilled in the art a combustion process for an alternative engine which comprises a control of the spatio-temporal evolution of the combustion. Thus, the French patent application FR 2 862 343 describes a combustion process intended to operate with a high rate of recycled flue gases, which has the following characteristics during the compression phase: the gas mass contained in the cylinder comprises a zone occupied essentially during the entire compression by recycled flue gases, where the residual oxygen concentration is insufficient to allow early self-ignition, and an area that contains substantially the entire charge of fresh air; the fuel is introduced into the first zone (recycled burnt gases) to create a mixture of burnt gases and fuel vapor that is as homogeneous as possible at the end of compression, so as to form a carburised filler; the fresh air oxidizing charge and the carburetted charge are heated differently by the compression above the auto ignition threshold; the two zones are mixed by diffusion in the vicinity of the top dead center of the piston in order to maintain a diffusion flame with the products put in contact. In the process described in FR 2 862 343, all the fuel vapor is diluted by the flue gases before the introduction of fresh oxygen into the reaction zone. At the end of compression, the temperatures of the carburized and oxidizing zones are sufficient for a self ignition of the carbureted premix (carburetted charge) to be triggered. However, this method has the disadvantage of requiring premixing of the fuel with the residual burnt gases, which is done prior to the admission of air.

Or, le fait de réaliser un tel prémélange ne permet pas un étalement satisfaisant de l'inflammation en raison du fait que ce prémélange de gaz brûlés et la vapeur de carburant est aussi homogène que possible en fin de compression, de sorte que lorsque l'inflammation du carburant démarre simultanément en différents points du prémélange sur un mode de combustion homogène (HCCI silencieux) sans étalement spatio-temporel de la combustion. However, the fact of making such a premix does not allow a satisfactory spreading of the ignition due to the fact that this premix of burnt gases and the fuel vapor is as homogeneous as possible at the end of compression, so that when the Fuel ignition starts simultaneously at different points of the premix on a homogeneous combustion mode (silent HCCI) without spatio-temporal spread of combustion.

La présente invention remédié aux inconvénients de l'art antérieur, par une injection de carburant qui est postérieure à l'admission de la charge carburante dans la chambre et n'implique pas la formation d'un prémélange carburé, et qui est en outre ciblée dans une zone spécifique de la masse gazeuse contenue dans la chambre de combustion. Plus particulièrement, la présente invention a pour objet un moteur à injection directe pour véhicule automobile fonctionnant selon un cycle à deux temps et comprenant au moins . • un cylindre renfermant un piston et présentant un axe de symétrie X-X', le piston ayant un mouvement alternatif et coulissant à l'intérieur du cylindre, • une culasse traversée par au moins un conduit d'échappement et au moins un injecteur de carburant communiquant avec le cylindre, la culasse comportant une face intérieure destinée à obturer le cylindre, • au moins un conduit d'admission ou au moins une lumière d'admission d'une charge comburante, notamment de l'air, ce conduit ou cette lumière étant disposé à proximité du point mort bas (PMB) du piston, transversalement et de préférence dans un plan perpendiculaire à l'axe X-X' du cylindre, et orienté dans ce plan (ou suivant un angle donné par rapport à ce plan) de façon à créer un mouvement tourbillonnaire autour de cet axe X-X'. • une chambre de combustion limitée axialement vers le bas par le piston et vers le haut par la surface intérieure de la culasse, la chambre de combustion étant destinée à contenir, en fonctionnement lors de la phase de compression du cycle, une masse gazeuse présentant une zone G1 occupée essentiellement par des gaz brûlés résiduels (GBR), et une zone G2 qui contient sensiblement la totalité de la charge comburante. Par mouvement tourbillonnaire de type SWIRL , on entend au sens de la présente invention, un mouvement aérodynamique de rotation de la masse gazeuse sensiblement autour de l'axe du cylindre X-X'. Selon l'invention, la position et l'inclinaison tant radiales (soit dans un plan perpendiculaire) qu'axiale (soit dans un plan parallèle) du dit conduit d'admission par rapport à l'axe X-X' du cylindre sont adaptées pour produire en fonctionnement un mouvement tourbillonnaire de type SWIRL dans lequel la masse gazeuse présente une stratification axisymétrique, dans laquelle : o la zone G1 de gaz brûlés occupe principalement la partie supérieure de la chambre de combustion cylindre, o la zone G2 de charge comburante occupe 25 principalement la partie périphérique inférieure de la chambre de combustion cylindre, o les zones G1 de gaz brûlés et G2 de charge comburante s'interpénétrant dans une zone d'interface Z selon un gradient radial de concentration en gaz brûlés 30 qui décroît du centre de la chambre de combustion vers sa périphérie, et l'injecteur débouche dans la chambre de combustion de manière que sa position par rapport audit conduit d'échappement et son inclinaison par rapport à l'axe X-X' 35 du cylindre soient aptes à permettre une injection du carburant dans ladite zone d'interface Z. The present invention overcomes the drawbacks of the prior art, by a fuel injection which is subsequent to the admission of the fuel charge into the chamber and does not involve the formation of a carbureted premix, and which is furthermore targeted. in a specific area of the gas mass contained in the combustion chamber. More particularly, the present invention relates to a direct injection engine for a motor vehicle operating in a two-cycle cycle and comprising at least. • a cylinder containing a piston and having an axis of symmetry X-X ', the piston reciprocating and sliding inside the cylinder, • a cylinder head traversed by at least one exhaust duct and at least one injector fuel communicating with the cylinder, the cylinder head having an inner face for closing the cylinder, • at least one intake duct or at least one intake port of an oxidizing charge, in particular air, this duct or this light being arranged near the bottom dead center (PMB) of the piston, transversely and preferably in a plane perpendicular to the axis XX 'of the cylinder, and oriented in this plane (or at a given angle relative to this plane) of way to create a swirling motion around this axis X-X '. A combustion chamber limited axially downwards by the piston and upwards by the internal surface of the cylinder head, the combustion chamber being intended to contain, during operation during the compression phase of the cycle, a gaseous mass exhibiting a zone G1 mainly occupied by residual flue gases (GBR), and a zone G2 which contains substantially all of the oxidizing charge. For the purposes of the present invention, swirling motion of the SWIRL type is understood to mean an aerodynamic rotation of the gaseous mass substantially around the axis of the cylinder X-X '. According to the invention, the position and the inclination both radial (in a perpendicular plane) and axial (or in a parallel plane) of said intake duct with respect to the axis XX 'of the cylinder are adapted to produce in operation, a swirling movement of SWIRL type in which the gas mass has an axisymmetric stratification, in which: the zone G1 of flue gas occupies mainly the upper part of the combustion chamber cylinder, where the zone G2 of oxidizing charge occupies mainly the lower peripheral part of the cylinder combustion chamber, where the zones G1 of burnt gas and G2 of oxidizing charge interpenetrating in a zone of interface Z according to a radial gradient of concentration of burnt gases which decreases from the center of the chamber of combustion towards its periphery, and the injector opens into the combustion chamber so that its position relative to said exhaust pipe and its inclination relative to the axis X-X '35 of the cylinder are able to allow an injection of the fuel in said zone Z interface.

Par stratification axisymétrique de la masse gazeuse, on entend au sens de la présente invention, une stratification de révolution autour de l'axe du cylindre de la masse gazeuse en mouvement. By axisymmetric lamination of the gaseous mass is meant in the sense of the present invention, a stratification of revolution around the axis of the cylinder of the gaseous mass in motion.

Avantageusement, le conduit ou lumière d'admission de la charge comburante débouche dans le cylindre selon une orientation donnée, apte à créer le niveau de swirl requis par rapport à la paroi axiale du cylindre. En d'autres termes, la direction générale de sortie de la charge comburante (généralement de l'air) issue du conduit ou lumière d'admission est proche (c'est-à-dire suivant un angle inférieur à 45° par rapport au plan tangent à la paroi axiale du cylindre au niveau de cette sortie) et même sensiblement tangentielle à cette paroi. Le conduit ou lumière d'admission, orienté de la façon ci-dessus, confère à la charge comburante (ou à la masse gazeuse dans son ensemble) un mouvement tourbillonnaire ordonné de type SWIRL . Advantageously, the conduit or intake port of the oxidizing charge opens into the cylinder in a given orientation, able to create the required level of swirl relative to the axial wall of the cylinder. In other words, the general direction of exit of the oxidizing charge (generally air) coming from the duct or intake light is close (that is to say at an angle less than 45 ° with respect to the tangent plane to the axial wall of the cylinder at this outlet) and even substantially tangential to the wall. The duct or intake lumen, oriented in the above manner, gives the oxidizing charge (or the gaseous mass as a whole) an ordered swirling motion of SWIRL type.

Avantageusement, le moteur selon l'invention comporte plusieurs conduits d'admission ou lumières d'admission du type ci-dessus, de préférence au moins huit, et de manière davantage préférée de l'ordre de douze. Dans une telle configuration, les conduits ou lumières d'admission sont disposés sensiblement dans le même plan, de sorte qu'ils sont obturés en même temps par le piston lorsqu'il remonte vers la face intérieure de la culasse (en d'autres termes vers le point mort haut PMH) après avoir atteint le point mort bas (PME). Advantageously, the engine according to the invention comprises several intake ducts or intake ports of the above type, preferably at least eight, and more preferably of the order of twelve. In such a configuration, the ducts or inlet ports are arranged substantially in the same plane, so that they are closed at the same time by the piston when it rises towards the inner face of the cylinder head (in other words to the TDCU) after reaching the bottom dead center (MLS).

On utilise avantageusement dans le moteur de l'inventeur un injecteur de carburant qui comporte plusieurs trous d'injection permettant d'injecter des jets de carburants, qui peuvent avantageusement se présenter sous forme d'au moins une nappe. Advantageously used in the engine of the inventor a fuel injector which comprises a plurality of injection holes for injecting jet of fuel, which may advantageously be in the form of at least one sheet.

Selon un premier mode de réalisation particulièrement avantageux du moteur selon l'invention, l'injecteur de carburant est excentré par rapport à l'axe X-X' du cylindre. Dans ce mode de réalisation, le moteur comporte avantageusement un seul conduit d'échappement, qui est disposé de préférence en position centrale, au niveau de l'axe X-X' du cylindre. Selon un deuxième mode de réalisation particulièrement avantageux, le moteur selon l'invention, comporte une pluralité de conduits d'échappement des gaz brûlés, de préférence au moins au nombre de deux ou quatre, et l'injecteur de carburant est en position centrale par rapport à ces conduits d'échappement, en étant incliné dans le sens du mouvement tourbillonnaire de manière à pouvoir injecter le carburant dans la zone d'interface Z où s'interpénètrent les zones G1 de gaz brûlés et G2 de charge carburante. Dans ces deux modes de réalisation, l'injecteur doit présenter un angle d'inclinaison du cylindre qui est tel que l'injection du carburant se fait à la périphérie du cylindre, dans la zone d'interface gaz brûlé/gaz frais. Toutefois, l'inclinaison de l'injecteur de carburant n'est pas indispensable si celui-ci est disposé en position centrale, mais l'est lorsque l'injecteur est excentré par rapport à l'axe X-X' du cylindre. La position excentrée de l'injecteur lui permet d'injecter le carburant dans la zone d'interface Z et d'entraîner le carburant dans tout ou partie de la chambre par le mouvement de swirl. Le moteur selon l'invention peut être soit un moteur 30 à allumage par compression de type diesel, soit un moteur à allumage commandé. Avantageusement, le piston présente une cavité pratiquée dans la face du piston en regard de la face intérieure de la culasse, ce qui permet d'augmenter 35 considérablement le mouvement ou la turbulence de la masse gazeuse contenue dans la chambre de combustion et d'amener l'air frais à l'intérieur de la chambre de combustion. Avantageusement, la géométrie de la face intérieure de la culasse peut se présenter sous forme de toit, ce qui permet d'améliorer sensiblement la section utile du conduit d'échappement. La présente invention a encore pour objet un procédé d'optimisation de la combustion dans un moteur à injection directe pour véhicule automobile fonctionnant selon un cycle à deux temps et comportant : • un cylindre renfermant un piston et présentant un axe de symétrie X-X', • une culasse traversée par au moins un conduit d'échappement et au moins un injecteur de carburant communiquant avec ledit cylindre, ladite culasse comportant une face intérieure destinée à obturer ledit cylindre : • au moins un conduit d'admission ou une lumière d'admission d'une charge comburante, qui est disposé à proximité du point mort bas (PMB) du piston, transversalement à l'axe X-X' du cylindre , • une chambre de combustion limitée axialement vers le bas par ledit piston et vers le haut par ladite surface intérieure de la culasse, ledit procédé comprenant les phases suivantes : A. une phase d'admission-échappement au cours de laquelle ledit conduit d'admission est ouvert et la charge comburante pénètre dans la chambre de combustion et chasse une partie des gaz brûlés qui est évacuée vers l'extérieur par le conduit d'échappement , de sorte que la chambre de combustion renferme alors une masse gazeuse comportant une zone G1 occupée essentiellement par des gaz brûlés résiduels, et une zone G2 qui contient sensiblement la totalité de la charge comburante ; B. une phase de compression au cours de laquelle le piston monte dans le cylindre pour fermer ledit conduit d'admission de charge comburante ; C. une phase d'injection lors de la compression au cours de laquelle le carburant est injecté dans la chambre de combustion de manière à provoquer l'inflammation du carburant et une phase de combustion-détente durant laquelle le piston redescend dans le cylindre en fournissant du travail. According to a first particularly advantageous embodiment of the engine according to the invention, the fuel injector is eccentric with respect to the axis X-X 'of the cylinder. In this embodiment, the engine advantageously comprises a single exhaust duct, which is preferably disposed in the central position, at the axis X-X 'of the cylinder. According to a second particularly advantageous embodiment, the engine according to the invention comprises a plurality of flue gas exhaust ducts, preferably at least two or four, and the fuel injector is in the central position by relative to these exhaust ducts, being inclined in the direction of the swirling movement so as to inject the fuel into the interface zone Z which interpenetrate the zones G1 of burnt gas and G2 of the fuel charge. In these two embodiments, the injector must have an angle of inclination of the cylinder which is such that the injection of fuel is at the periphery of the cylinder, in the gas / fresh gas interface zone. However, the inclination of the fuel injector is not essential if it is disposed in the central position, but is when the injector is eccentric relative to the axis X-X 'of the cylinder. The eccentric position of the injector allows it to inject fuel into the interface zone Z and drive the fuel in all or part of the chamber by the swirl movement. The engine according to the invention can be either a diesel ignition engine 30 or a spark ignition engine. Advantageously, the piston has a cavity formed in the face of the piston facing the inner face of the cylinder head, which considerably increases the movement or turbulence of the gas mass contained in the combustion chamber and to bring about fresh air inside the combustion chamber. Advantageously, the geometry of the inner face of the cylinder head may be in the form of a roof, which substantially improves the useful section of the exhaust duct. The subject of the present invention is also a method for optimizing combustion in a direct injection engine for a motor vehicle operating on a two-cycle cycle and comprising: a cylinder containing a piston and having an axis of symmetry X-X ' • a cylinder head traversed by at least one exhaust duct and at least one fuel injector communicating with said cylinder, said cylinder head having an inner face intended to seal said cylinder: • at least one intake duct or a dia light; admission of an oxidizing charge, which is arranged near the bottom dead center (PMB) of the piston, transversely to the axis XX 'of the cylinder, • a combustion chamber limited axially downwards by said piston and upwards by said inner surface of the yoke, said method comprising the following steps: A. an intake-exhaust phase during which said intake duct is opened and the an oxidizing charge enters the combustion chamber and expels a part of the flue gas which is discharged to the outside via the exhaust duct, so that the combustion chamber then contains a gaseous mass comprising a zone G1 occupied essentially by residual flue gases, and a zone G2 which contains substantially all of the oxidizing charge; B. a compression phase during which the piston rises in the cylinder to close said oxidizing charge inlet duct; C. an injection phase during compression during which the fuel is injected into the combustion chamber so as to cause ignition of the fuel and a combustion-expansion phase during which the piston returns to the cylinder providing work.

Selon l'invention, on crée lors de la phase d'admission-échappement, un mouvement tourbillonnaire (à effet SWIRL ) dans lequel la masse gazeuse présente une stratification axisymétrique, dans laquelle : • la zone G1 de gaz brûlés occupe principalement la partie supérieure du cylindre, • la zone G2 de charge comburante occupe principalement la partie périphérique inférieure du cylindre, • les zones G1 de gaz brûlés et G2 de charge comburante s'interpénétrant dans une zone d'interface Z selon un gradient radial de concentration en gaz brûlés qui décroît du centre de la chambre de combustion vers sa périphérie, et lors de la phase d'injection on injecte le carburant dans la zone d'interface Z de la masse gazeuse et on génère ainsi un étalement spatio-temporel de la combustion empêchant l'inflammation simultanée du carburant dans la totalité de la chambre. La quantité de gaz résiduels présente dans la chambre de combustion lors de la phase d'admission échappement peut être contrôlée, par la mise en place d'un déphasage entre l'ouverture du conduit d'admission et celui du conduit d'échappement. Ce déphasage peut par exemple être réalisé au moyen d'un déphaseur angulaire d'arbres à cames. According to the invention, during the intake-exhaust phase, a swirling motion (SWIRL effect) is created in which the gas mass has an axisymmetric stratification, in which: the zone G1 of flue gases occupies mainly the upper part of the cylinder, the zone G2 of oxidizing charge occupies mainly the lower peripheral part of the cylinder, the zones G1 of burnt gas and G2 of oxidizing charge interpenetrating in a zone of interface Z according to a radial gradient of concentration of burnt gases. which decreases from the center of the combustion chamber towards its periphery, and during the injection phase the fuel is injected into the interface zone Z of the gaseous mass and thus generates a spatio-temporal spread of the combustion preventing the combustion. Simultaneous ignition of the fuel in the entire chamber. The amount of residual gas present in the combustion chamber during the exhaust intake phase can be controlled by setting up a phase shift between the opening of the intake duct and that of the exhaust duct. This phase shift can for example be achieved by means of an angular phase shifter of camshafts.

Dans le cas d'un moteur à allumage par compression, du type DIESEL, l'inflammation du carburant est une auto-inflammation générée par la compression du piston. Dans le cadre d'un allumage commandé, l'inflammation du carburant est générée par une bougie 5 d'allumage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, pour lesquels la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans 10 lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un premier exemple de cylindre d'un moteur à allumage par compression selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe axiale du 15 cylindre représenté sur la figure 1, en fonctionnement : la figure 2A représentant le cylindre lors de la phase de compression et la figure 2B représentant le cylindre lors de la phase C de combustion-détente, - la figure 3 est une vue en perspective d'un 20 deuxième exemple de cylindre d'un moteur selon l'invention à allumage par compression, - la figure 4 est une vue en coupe axiale du cylindre représenté sur la figure 3 en fonctionnement, lors de la phase C de combustion-détente, 25 - la figure 5 est une vue en perspective d'un exemple de cylindre d'un moteur selon l'invention à allumage commandé, - la figure 6 est une vue en coupe axiale du cylindre représenté sur la figure 5, 30 - la figure 7 est une vue en coupe selon le plan horizontal I-I du cylindre représenté sur les figures 5 et 6, - la figure 8 est une vue en coupe axiale du cylindre représenté sur les figures 5 à 7 en 35 fonctionnement, lors de la phase C de combustion-détente. In the case of a compression-ignition engine of the DIESEL type, ignition of the fuel is self-ignition generated by compression of the piston. In the case of controlled ignition, the ignition of the fuel is generated by an ignition spark plug. Other features and advantages of the invention will appear on reading the following detailed description, for which the understanding of which reference will be made to the appended drawings in which: FIG. 1 is a perspective view of a first example of a cylinder of a compression ignition engine according to the invention; - Figure 2 is an axial sectional view of the cylinder shown in Figure 1, in operation: Figure 2A showing the cylinder during the compression phase and FIG. 2B showing the cylinder during the combustion-expansion phase C, FIG. 3 is a perspective view of a second example of a cylinder of a compression-ignition engine according to the invention, FIG. 4 is an axial sectional view of the cylinder shown in FIG. 3 in operation, during the combustion-expansion phase C, FIG. 5 is a perspective view of an example of a cylinder of an engine according to FIG. invention Figure 6 is an axial sectional view of the cylinder shown in Figure 5, Figure 7 is a sectional view along the horizontal plane II of the cylinder shown in Figures 5 and 6; 8 is an axial sectional view of the cylinder shown in FIGS. 5 to 7 in operation, during the combustion-expansion phase C.

Dans la suite de la description, des éléments similaires ou identiques seront désignés par les mêmes références. On se réfère maintenant à la figure 1 qui représente un premier exemple de cylindre de moteur à injection directe selon l'invention, à allumage par compression et fonctionnant selon un cycle à deux temps, ce moteur comprenant : un cylindre 2 présentant un axe de symétrie X-10 X' , une culasse 1 dans laquelle débouchent au moins quatre conduits d'échappement 12, et un injecteur de carburant 11 apte à injecter des jets de carburant en au moins une nappe, la culasse comportant une face 15 supérieure 13 sensiblement plane et une face intérieure 14 destinée à obturer ledit cylindre 2, qui peut être plane (comme illustré sur la figure 1) ou sous forme de toit, un piston 21 à mouvement alternatif coulissant 20 à l'intérieur du dit cylindre 1, un conduit d'admission 22 ou des lumières d'admission d'une charge comburante, qui est disposé à proximité du point mort bas (PMB) du piston 21 et perpendiculairement à l'axe X-X' du cylindre 2, et 25 une chambre de combustion 23 qui est limitée axialement vers le bas par ledit piston 21 et vers le haut par ladite surface intérieure 13 de la culasse 1. La figure 1 montre également que les conduits d'admission 22 communiquent avec la chambre de combustion 30 23 par l'intermédiaire d'orifices d'admission 25 susceptibles d'être obturés par le piston 21 lorsque le piston 21 coulisse à l'intérieur du cylindre 2 (comme le montre d'ailleurs la figure 2). Les conduits d'admission 22, sont avantageusement 35 disposés sensiblement dans le même plan, de sorte qu'ils sont obturés en même temps par le piston 21 lorsqu'il est au point mort bas (PMB). L'injecteur 11 de carburant est en position centrale par rapport aux conduits d'échappement 22, en étant incliné dans le sens du mouvement tourbillonnaire (comme illustré sur la figure 2 B). On a représenté sur les figures 2A et 2B le cylindre moteur de la figure 1 en fonctionnement. En particulier, la figure 2A montre ce cylindre lors de la phase B de compression au cours de laquelle : - le piston 21 monte dans le cylindre 2 pour fermer le conduit d'admission 22, et - la masse gazeuse 24 contenue dans la chambre de combustion 23 comporte, en fonctionnement lors de la compression du piston 21, une masse gazeuse 24 comportant une zone G1 occupée essentiellement par des gaz brûlés résiduels, et une zone G2 qui contient sensiblement la totalité de la charge comburante. La figure 2B montre également ce moteur en fonctionnement, mais lors de la phase de compression- injection, au cours de laquelle on observe un mouvement tourbillonnaire de type SWIRL dans lequel la masse gazeuse 24 présente une stratification axisymétrique, dans laquelle : ^ la zone G1 de gaz brûlés occupe principalement 25 la partie supérieure du cylindre 2, ^ la zone G2 de charge comburante occupe principalement la partie périphérique inférieure du cylindre 2, ^ les zones G1 de gaz brûlés et G2 de charge 30 comburante s'interpénétrant dans une zone d'interface Z selon un gradient radial de concentration en gaz brûlés qui décroît du contre du cylindre 12 vers sa périphérie. La figure 2B montre notamment que l'injecteur 11 débouche dans la culasse 1 de manière que sa position par 35 rapport aux conduits d'échappement 12 et son inclinaison par rapport à l'axe du cylindre 2 permettent une injection du carburant dans la zone d'interface Z. L'injection de carburant dans la zone d'interface Z permet d'augmenter la différence entre les cinétiques de décomposition du carburant dans les zones d'air frais (faible température, cinétique lente) et les zones de gaz brûlés (zone chaude, cinétique rapide, ce qui contribue à bien étaler temporellement la combustion. On se réfère maintenant à la figure 3 qui représente un deuxième exemple de cylindre de moteur à injection directe selon l'invention. Ce moteur est un moteur à allumage par compression et fonctionnant selon un cycle à deux temps. Ce deuxième exemple de moteur selon l'invention diffère du premier exemple de moteur représenté sur les figures 1, 2A et 2B par le nombre de conduits d'échappement et la position de l'injection sur la culasse : dans ce mode de réalisation, il n'y a qu'un seul conduit d'échappement 12, en position centrale et un seul injecteur de carburant, qui est excentré par rapport à l'axe X-X' du cylindre 2, en étant légèrement incliné. La figure 4 montre ce deuxième exemple de moteur selon l'invention en fonctionnement lors de la phase de compression-injection. En particulier, la figure 4 montre que la position de l'injecteur est adaptée pour injecter dans la zone d'interface Z. Enfin, les figures 6 à 8 montrent un exemple selon l'invention de moteur à allumage commandé fonctionnant également selon un cycle à deux temps. L'architecture de ce moteur diffère de celle du moteur à allumage par compression des figures 3 et 4, grâce la présence d'une bougie d'allumage 5 au niveau de la culasse 1 pour générer l'inflammation du carburant. Lors de la combustion, on se trouve à chaque instant en condition de combustion homogène ( CAI pour les moteurs à essence et HCCI pour les moteurs Diesel). In the remainder of the description, similar or identical elements will be designated by the same references. Reference is now made to FIG. 1, which represents a first example of a direct injection engine cylinder according to the invention, with compression ignition and operating in a two-cycle cycle, this engine comprising: a cylinder 2 having an axis of symmetry X-10 X ', a cylinder head 1 into which at least four exhaust pipes 12 open, and a fuel injector 11 capable of injecting fuel jets into at least one sheet, the cylinder head having a substantially flat upper face 13 and an inner face 14 for closing said cylinder 2, which may be flat (as illustrated in FIG. 1) or in the form of a roof, a reciprocating piston 21 sliding inside said cylinder 1; intake 22 or intake ports of an oxidizing charge, which is disposed near the bottom dead center (PMB) of the piston 21 and perpendicular to the axis XX 'of the cylinder 2, and 25 a combustion chamber 2 3 which is limited axially downwards by said piston 21 and upwards by said inner surface 13 of the cylinder head 1. FIG. 1 also shows that the intake ducts 22 communicate with the combustion chamber 23 via intake ports 25 may be closed by the piston 21 when the piston 21 slides inside the cylinder 2 (as shown elsewhere in Figure 2). The intake ducts 22 are advantageously arranged substantially in the same plane, so that they are closed at the same time by the piston 21 when it is at the bottom dead point (PMB). The fuel injector 11 is in a central position with respect to the exhaust ducts 22, being inclined in the direction of the swirling motion (as illustrated in FIG. 2B). FIGS. 2A and 2B show the driving cylinder of FIG. 1 in operation. In particular, FIG. 2A shows this cylinder during the compression phase B during which: the piston 21 rises in the cylinder 2 to close the intake duct 22, and the gas mass 24 contained in the chamber combustion 23 comprises, in operation during the compression of the piston 21, a gaseous mass 24 comprising a zone G1 occupied essentially by residual burnt gases, and a zone G2 which contains substantially all of the oxidizing charge. FIG. 2B also shows this engine in operation, but during the compression-injection phase, during which a swirling movement of SWIRL type is observed in which the gas mass 24 has an axisymmetric stratification, in which: the zone G1 The flue gas zone G2 mainly occupies the lower peripheral portion of the cylinder 2, with the zones G1 of flue gases and G2 of the oxidizing charge interpenetrating in a zone of combustion. Z interface according to a radial gradient of burnt gas concentration which decreases against the cylinder 12 to its periphery. FIG. 2B shows in particular that the injector 11 opens into the cylinder head 1 so that its position with respect to the exhaust ducts 12 and its inclination with respect to the axis of the cylinder 2 allow an injection of the fuel into the zone 1 Z interface. Fuel injection in the Z interface zone makes it possible to increase the difference between the decomposition kinetics of the fuel in the fresh air zones (low temperature, slow kinetics) and the flue gas zones ( hot zone, rapid kinetics, which contributes to a good time spreading of combustion Referring now to Figure 3 which shows a second example of a direct injection engine cylinder according to the invention, this engine is a compression ignition engine. This second example of an engine according to the invention differs from the first motor example shown in FIGS. 1, 2A and 2B by the number of exhaust ducts. appement and the position of the injection on the cylinder head: in this embodiment, there is only one exhaust pipe 12, in the central position and a single fuel injector, which is eccentric with respect to XX 'axis of the cylinder 2, being slightly inclined. FIG. 4 shows this second example of an engine according to the invention in operation during the compression-injection phase. In particular, FIG. 4 shows that the position of the injector is adapted to inject into the interface zone Z. Finally, FIGS. 6 to 8 show an example according to the invention of a spark ignition engine that also operates according to a cycle two-stroke. The architecture of this engine differs from that of the compression ignition engine of Figures 3 and 4, thanks to the presence of a spark plug 5 at the cylinder head 1 to generate ignition of the fuel. During combustion, one is at every moment in homogeneous combustion condition (CAI for gasoline engines and HCCI for diesel engines).

Le profil de la stratification de la masse gazeuse illustré sur la figure 8 est analogue à celui illustré sur les figures 2A, 2B et 4. The profile of the lamination of the gas mass illustrated in FIG. 8 is similar to that illustrated in FIGS. 2A, 2B and 4.

Claims

REVENDICATIONS1. Direct injection engine for a motor vehicle operating on a two-cycle and at least 5-cycle. A cylinder (2) enclosing a piston (21) and having an axis of symmetry X-X '; • a yoke (1) traversed by at least one exhaust duct (12) and at least one fuel injector ( 11) communicating with said cylinder (2), said yoke (1) having an inner face (14) for closing said cylinder (2), • at least one conduit (22) or an intake port of an oxidizing charge , which is arranged near the bottom dead center (PMB) of the piston (21), transversely to the axis XX 'of the cylinder (2), • a combustion chamber (23) limited axially downwards by said piston ( 21) and upwards by said inner surface (13) of the yoke (1), said combustion chamber (23) being intended to contain, in operation during the compression phase of the cycle, a gaseous mass (24) having a zone G1 occupied essentially by residual flue gas, and a zone G2 which contains substantially all of the an oxidizing charge, said engine being characterized in that: • the position and the inclination of said duct or said intake port (22) with respect to the axis XX 'of the cylinder (2) are adapted to produce 30 a vortex movement (SWIRL effect) in which the gas mass (24) has an axisymmetric stratification, in which: o the zone G1 of burnt gases occupies mainly the upper part of the combustion chamber cylinder 35 (23), where the zone G2 of oxidizing charge occupies mainly the lower peripheral part of the combustion chamber cylinder (23), where the zones G1 of burnt gas and G2 of oxidizing charge interpenetrating in a zone of interface Z according to a concentration of burnt gases which decreases from the center of the combustion chamber (23) towards its periphery, and • the injector (11) opens into the combustion chamber (23) so that its position relative to said exhaust duct (12) and its inclination relative to the axis X-X 'of the cylinder (2) are able to allow an injection of fuel in said zone Z interface.

2. Engine according to claim 1, characterized in that said conduit or inlet port (22) of oxidizing charge opens into the cylinder in a given direction, close, that is to say at an angle less than 45 ° by ratio tangent to the axial wall of the cylinder and able to create the required swirl level.

3. Engine according to claim 2, characterized in that it comprises a plurality of intake ducts (22) which are substantially in the same plane, so that they are closed at the same time by the piston (21) when it rises to the inside (13) of the bolt after reaching the bottom dead center (BDC).

4. Engine according to any one of the preceding claims, characterized in that said fuel injector (11) is eccentric with respect to the axis X-X 'of the cylinder (2).

5. Engine according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it comprises a plurality of exhaust ducts (12) of the flue gases, and in that said fuel injector (11) is in a central position. with respect to said exhaust ducts (12) by being swirled inclined.

6. Motor in the direction of movement according to any one of the preceding claims, characterized in that it is a compression ignition, diesel type.

7. Engine according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it is spark ignition.

8. Motor according to any one of the preceding claims, characterized in that the piston (21) has a cavity formed in the face (24) of the piston (21) facing the inner face (14) of the cylinder head ( 1).

9. Motor according to any one of the preceding claims, characterized in that the inner face (14) of the yoke (1) is roof-shaped.

10. A method for optimizing combustion in a direct injection engine for a motor vehicle operating in a two-cycle cycle and comprising: a cylinder (2) enclosing a piston (21) and having an axis of symmetry X-X A cylinder head (1) traversed by at least one exhaust duct (12) and at least one fuel injector (11) communicating with said cylinder (2), said cylinder head (1) having an inner face (14); ) for closing said cylinder (2). At least one inlet duct (22) or an intake port of an oxidizing charge, which is arranged near the bottom dead center (PMB) of the piston (21), transversely to the axis XX 'of the cylinder (2), • a combustion chamber (23) limited axially downwards by said piston (21) and upwards by said inner surface (13) of the cylinder head (1), said method comprising the following phases: AT. an intake-exhaust phase during which said intake duct (22) is open and the oxidizing charge enters the combustion chamber (23) and expels a part of the flue gas which is discharged to the outside by the exhaust duct (12), so that the combustion chamber (23) then encloses a gaseous mass (24) comprising a zone G1 occupied essentially by residual flue gases, and a zone G2 which contains substantially all of the charge oxidizing; B. a compression phase during which the piston (21) rises in the cylinder (2) to close said oxidizing charge inlet duct (22); C. an injection phase, during compression, during which the fuel is injected into the combustion chamber (23) so as to cause ignition of the fuel and a combustion-expansion phase during which the piston ( 21) back down into the cylinder (2), providing work said method being characterized in that, during the intake-exhaust phase, a swirling motion (SWIRL effect) is created in which the gas mass (23) presents an axisymmetric stratification, in which: the zone G1 of burned gases occupies mainly the upper part of the cylinder (2), the zone G2 of oxidizing charge occupies mainly the lower peripheral part of the cylinder (2), the zones G1 of burnt gases and G2 of oxidizing charge interpenetrating in a zone Z interface according to a concentration of burnt gases which decreases from the center of the combustion chamber (23) to its periphery, said method being also characterized in that during the injection phase the fuel is injected into the interface zone Z of the gaseous mass, and thus a spatio-temporal spread of the ignition and the combustion of the fuel is generated, preventing the Simultaneous ignition of the fuel in the entire chamber

11. The method of claim 10, characterized in that the ignition of the fuel is a self-ignition generated by the compression of the piston (21).

12. The method of claim 10, characterized in that the ignition of the fuel is generated by a spark plug.