FR3106619A1 - Multi-site pre-room - Google Patents
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Abstract
Moteur thermique (100) à allumage commandé de véhicule automobile comportant un carter-cylindres (50) surmonté d’une culasse (52) dans laquelle est agencée une préchambre (10) de combustion connectée à un injecteur de carburant (13) et à une bougie (12), et communiquant avec une chambre à combustion principale (11) agencée en bas de la préchambre, et délimitée par la paroi d’un cylindre (51), un piston mobile en coulissement dans ledit cylindre et un toit de chambre (14) sensiblement conique, en vis-à-vis du piston, et creusé dans la culasse (52), Caractérisé en ce que la préchambre (10) est connectée à la chambre principale (11) par des conduits de diffusion radiaux (18) rectilignes, s’étendant radialement et débouchant à l’extrémité opposée en périphérie du toit de chambre (14). Figure pour l’abrégé : Figure 3Thermal engine (100) with controlled ignition of a motor vehicle comprising a cylinder block (50) surmounted by a cylinder head (52) in which is arranged a combustion prechamber (10) connected to a fuel injector (13) and to a spark plug (12), and communicating with a main combustion chamber (11) arranged at the bottom of the prechamber, and delimited by the wall of a cylinder (51), a movable piston sliding in said cylinder and a chamber roof ( 14) substantially conical, facing the piston, and hollowed out in the cylinder head (52), Characterized in that the prechamber (10) is connected to the main chamber (11) by radial diffusion ducts (18) rectilinear, extending radially and opening at the opposite end at the periphery of the chamber roof (14). Figure for the abstract: Figure 3
Description
Domaine technique de l’inventionTechnical field of the invention
La présente invention concerne un moteur à combustion interne.The present invention relates to an internal combustion engine.
La présente invention concerne un système d’allumage d’un moteur à combustion interne à allumage commandé.The present invention relates to an ignition system of a spark-ignition internal combustion engine.
La présente invention concerne plus particulièrement un système d’allumage comportant une préchambre de combustion agencée dans la culasse d’un moteur thermiqueThe present invention relates more particularly to an ignition system comprising a combustion prechamber arranged in the cylinder head of a heat engine
Etat de la techniqueState of the art
De manière connue, un moteur thermique à allumage commandé comporte un carter-cylindres muni de cylindres d’axes parallèles entre eux et sensiblement verticaux dans lesquels coulissent des pistons selon un mouvement de va-et-vient. Sur la face supérieure dudit carter-cylindres aussi appelée face- feu est fixée une culasse dont la face inférieure en vis-à-vis avec la face feu du carter-cylindres ferme les cylindres pour former un toit pour chacun des cylindres. De manière connue, le toit de cylindre pour les moteurs à allumage commandé présente une forme sensiblement conique.In known manner, a spark-ignition heat engine comprises a cylinder block provided with cylinders with axes parallel to each other and substantially vertical in which pistons slide in a back-and-forth movement. On the upper face of said cylinder block, also called the fire face, is fixed a cylinder head whose lower face facing the fire face of the cylinder block closes the cylinders to form a roof for each of the cylinders. In known manner, the cylinder roof for spark-ignition engines has a substantially conical shape.
Dans le toit de cylindre de chaque cylindre, débouchent des conduits d’admission et d’échappement dont l’ouverture/fermeture est commandée grâce à des soupapes d’admission et d’échappement.In the cylinder roof of each cylinder, there are intake and exhaust ducts whose opening/closing is controlled by intake and exhaust valves.
Dans le toit de cylindre débouchent également un injecteur de carburant dans le cas d’injection directe de même qu’une bougie d’allumage.In the cylinder roof also open a fuel injector in the case of direct injection as well as a spark plug.
L’espace ou volume disposé entre le toit de chambre, la paroi du cylindre et le piston forme une chambre à combustion. Dans ladite chambre à combustion sont injectés de l’air frais ou un mélange carburé ou un mélange d’air frais et de gaz brulés par les conduits d’admission, du carburant par l’injecteur qui sont alors mélangés puis comprimés par une remontée du piston, les conduits d’échappement sont alors obturés par les soupapes d’échappement alors que les conduits d’admission sont ouverts. Un allumage par la bougie permet alors une combustion du mélange et entraine une poussée verticale sur le piston. Les gaz brulés ensuite sont extraits de chambre à combustion par l’ouverture des conduits d’échappement et l’obturation des conduits d’admission.The space or volume arranged between the chamber roof, the cylinder wall and the piston forms a combustion chamber. In said combustion chamber are injected fresh air or a fuel mixture or a mixture of fresh air and burnt gases through the intake ducts, fuel through the injector which are then mixed and then compressed by a rise in the piston, the exhaust ducts are then closed off by the exhaust valves while the intake ducts are open. Ignition by the spark plug then allows combustion of the mixture and causes a vertical thrust on the piston. The burnt gases are then extracted from the combustion chamber by opening the exhaust ducts and closing the intake ducts.
Afin d’améliorer le rendement d’un moteur thermique à allumage commandé, il est connu d’agencer un système de préchambre. Le principe de ce système de pré-chambre est de rajouter dans la chambre de combustion principale une chambre de combustion additionnelle qui communique avec la chambre principale par des canaux de diffusion et qui comporte au moins une bougie et potentiellement un injecteur dédié dans le cas de la préchambre active.In order to improve the efficiency of a spark-ignition heat engine, it is known to arrange a pre-chamber system. The principle of this pre-chamber system is to add an additional combustion chamber to the main combustion chamber which communicates with the main chamber via diffusion channels and which includes at least one spark plug and potentially a dedicated injector in the case of the active prechamber.
Dans le cas de la préchambre active, grâce à cet injecteur dédié, on peut maîtriser la richesse dans la préchambre et on visera une richesse 1 pour laquelle la combustion est rapide et stable. L’avantage de la préchambre passive ou active est double : elle résout les problèmes d’initiation de la combustion et les problèmes de début de combustion grâce à l’éjection des gaz chauds de la préchambre vers la chambre principale. Ce système permet de générer un allumage volumique des gaz dans la chambre principale.In the case of the active prechamber, thanks to this dedicated injector, it is possible to control the richness in the prechamber and we will aim for a richness of 1 for which combustion is rapid and stable. The advantage of the passive or active prechamber is twofold: it solves the problems of combustion initiation and the problems of the start of combustion thanks to the ejection of hot gases from the prechamber to the main chamber. This system makes it possible to generate a volume ignition of the gases in the main chamber.
Le rendement d’un moteur thermique équipé de préchambre est donc supérieur à celui d’un moteur sans préchambre. Toutefois, on n’a pas un rendement optimal du moteur. En effet, il est proposé des préchambres avec quatre à six canaux de diffusion. Si on définit le taux de couverture de la préchambre comme le ratio entre le volume des gaz chauds éjectés par la préchambre et le volume au PMH, ce nombre limité de canaux conduit à des taux de couverture modérés.The efficiency of a thermal engine equipped with a prechamber is therefore higher than that of an engine without a prechamber. However, the engine performance is not optimal. Indeed, pre-chambers are offered with four to six broadcasting channels. If the coverage rate of the prechamber is defined as the ratio between the volume of hot gases ejected by the prechamber and the volume at TDC, this limited number of channels leads to moderate coverage rates.
La publication WO201675361-A1 propose une préchambre à combustion d’un moteur à allumage commandé. Ladite préchambre communique avec la chambre à combustion principale avec des canaux de diffusion sensiblement parallèles à la surface supérieure du piston.The publication WO201675361-A1 proposes a combustion prechamber of a spark ignition engine. Said prechamber communicates with the main combustion chamber with diffusion channels substantially parallel to the upper surface of the piston.
La publication FR2814288-A1 propose une préchambre agencée au-dessus d’une chambre à combustion principale d’un moteur thermique à allumage commandé, ladite préchambre communiquant avec la chambre principale par des trous dont l’axe rencontre une paroi de cylindre, ou de piston ou de culasse après un trajet le plus long que possible. Un inconvénient est que les axes des trous ne sont pas définis de façon formelle et ne permettent pas une combustion optimale dans la chambre de combustion principale, notamment en périphérie de la chambre principale.Publication FR2814288-A1 proposes a prechamber arranged above a main combustion chamber of a spark-ignition heat engine, said prechamber communicating with the main chamber via holes whose axis meets a cylinder wall, or piston or cylinder head after as long a journey as possible. A drawback is that the axes of the holes are not formally defined and do not allow optimum combustion in the main combustion chamber, in particular on the periphery of the main chamber.
L’allumage volumique reste perfectible et ces préchambres ne permettent pas d’améliorer les fins de combustion lors de forte dilution qui restent encore trop lentes pouvant conduire à des combustions anormales engendrant des cliquetis. La combustion pousse les gaz frais vers les parois de la chambre principale et la combustion peut ne pas être complète. Ces fins de combustions lentes impliquent la nécessité de conserver un niveau de turbulence encore élevé pénalisant les échanges thermiques aux parois et le rendement du moteur.Volume ignition can still be improved and these pre-chambers do not improve the end of combustion during high dilution, which is still too slow and can lead to abnormal combustion causing knocking. The combustion pushes the fresh gases towards the walls of the main chamber and the combustion may not be complete. These purposes of slow combustion imply the need to maintain a level of turbulence which is still high, penalizing the heat exchanges at the walls and the efficiency of the engine.
Le but de l’invention est de remédier à ces problèmes et un des objets de l’invention est un moteur thermique à allumage commandé comportant une préchambre de combustion agencée dans la culasse et communiquant avec une chambre de combustion principale disposée en bas de la préchambre.The object of the invention is to remedy these problems and one of the objects of the invention is a spark-ignition heat engine comprising a combustion prechamber arranged in the cylinder head and communicating with a main combustion chamber arranged at the bottom of the prechamber. .
Présentation de l’inventionPresentation of the invention
La présente invention concerne plus particulièrement un moteur thermique à allumage commandé de véhicule automobile comportant un carter-cylindres surmonté d’une culasse dans laquelle est agencée une préchambre de combustion connectée à un injecteur de carburant et à une bougie, et communiquant avec une chambre à combustion principale agencée en bas de la préchambre, et délimitée par la paroi d’un cylindre, un piston mobile en coulissement dans ledit cylindre et un toit de chambre sensiblement conique, en vis-à-vis du piston, et creusé dans la culasse,The present invention relates more particularly to a spark-ignition heat engine for a motor vehicle comprising a cylinder block surmounted by a cylinder head in which is arranged a combustion prechamber connected to a fuel injector and to a spark plug, and communicating with a combustion chamber. main combustion arranged at the bottom of the prechamber, and delimited by the wall of a cylinder, a piston movable in sliding in said cylinder and a substantially conical chamber roof, opposite the piston, and hollowed out in the cylinder head,
Caractérisé en ce que la préchambre est connectée à la chambre principale par des conduits de diffusion rectilignes, s’étendant radialement et débouchant à l’extrémité opposée en périphérie du toit de chambre.Characterized in that the prechamber is connected to the main chamber by straight diffusion ducts, extending radially and emerging at the opposite end on the periphery of the chamber roof.
De manière avantageuse, la préchambre est connectée à la chambre principale par l’intermédiaire de conduits de diffusion rectilignes qui s’étendent radialement et qui débouchent à l’extrémité opposée en périphérie de la chambre à combustion principale pour amener la flamme depuis la préchambre jusqu’en périphérie de la chambre principale et permettre une combustion optimale des gaz en périphérie du toit de chambre et donc de la chambre de combustion principale.Advantageously, the prechamber is connected to the main chamber via rectilinear diffusion ducts which extend radially and which open out at the opposite end at the periphery of the main combustion chamber to bring the flame from the prechamber to 'on the periphery of the main chamber and allow optimal combustion of the gases on the periphery of the chamber roof and therefore of the main combustion chamber.
Selon d’autres caractéristiques de l’invention:According to other characteristics of the invention:
-les conduits de diffusion sont percés dans la culasse.-the diffusion ducts are drilled in the cylinder head.
De manière avantageuse, les conduits de diffusion sont percés dans la culasse et permettent une réduction de poids de ladite culasse.Advantageously, the diffusion ducts are drilled in the cylinder head and allow a reduction in the weight of said cylinder head.
-les conduits de diffusion traversent une cavité périphérique disposée à proximité de la périphérie du toit de chambre.-the diffusion ducts pass through a peripheral cavity arranged close to the periphery of the chamber roof.
De manière avantageuse, une cavité périphérique est agencée à proximité de la périphérie de la chambre principale de combustion, traversée par un des conduits de diffusion. Lesdites cavités périphériques sont sensiblement cylindriques avec un axe parallèle à l’axe de la chambre de combustion principale.Advantageously, a peripheral cavity is arranged close to the periphery of the main combustion chamber, through which one of the diffusion ducts passes. Said peripheral cavities are substantially cylindrical with an axis parallel to the axis of the main combustion chamber.
-la cavité périphérique est fermée par un bouchon muni d’au moins un orifice débouchant dans la chambre principale de combustion.-the peripheral cavity is closed by a plug fitted with at least one opening opening into the main combustion chamber.
De manière avantageuse, chacune des cavités périphériques est fermée par un bouchon qui comprend au-moins un orifice débouchant dans la chambre principale pour diriger la flamme en périphérie de la chambre de combustion principale.Advantageously, each of the peripheral cavities is closed by a plug which comprises at least one opening opening into the main chamber to direct the flame to the periphery of the main combustion chamber.
-la préchambre est oblongue.-the prechamber is oblong.
De manière avantageuse, la préchambre est oblongue pour permettre une meilleure diffusion de la flamme par les conduits de diffusion.Advantageously, the prechamber is oblong to allow better diffusion of the flame through the diffusion ducts.
- la préchambre est délimitée par un évidement creusé dans la culasse.- the pre-chamber is delimited by a recess dug in the cylinder head.
De manière avantageuse, la préchambre est délimitée par un évidement creusé dans la culasse, convexe tourné en direction opposée au toit de chambre.Advantageously, the pre-chamber is delimited by a recess dug in the cylinder head, convex facing in the opposite direction to the chamber roof.
-l’évidement est connecté à la chambre principale par un conduit vertical d’axe parallèle à l’axe du cylindre.-the recess is connected to the main chamber by a vertical duct with an axis parallel to the axis of the cylinder.
De manière avantageuse, un conduit vertical relie la préchambre à la chambre de combustion principale pour acheminer la flamme au centre de la chambre principale et atteindre les gaz au centre de la chambre principale.Advantageously, a vertical conduit connects the prechamber to the main combustion chamber to convey the flame to the center of the main chamber and to reach the gases in the center of the main chamber.
-la préchambre est délimitée par une demi-coquille.-the antechamber is delimited by a half-shell.
De manière avantageuse, la préchambre est partie d’un élément d’allumage comprenant une bougie et un injecteur de carburant logés dans la préchambre délimitée par une demi-coquille. Ladite demi-coquille permet une facilité d’assemblage et un renforcement de la culasse.Advantageously, the prechamber is part of an ignition element comprising a spark plug and a fuel injector housed in the prechamber delimited by a half-shell. Said half-shell allows for ease of assembly and reinforcement of the cylinder head.
-la demi-coquille comprend des trous traversant disposés sur un même anneau et communiquant avec les conduits de diffusion.the half-shell comprises through-holes arranged on the same ring and communicating with the diffusion ducts.
De manière avantageuse, des trous traversant radiaux sont percés dans la paroi de la demi-coquille selon un même anneau et communiquant avec les conduits de diffusion. Lesdits trous sont sensiblement oblongs s’étendant selon un arc de cercle de l’anneau pour améliorer la connexion avec les conduits de diffusion.Advantageously, radial through holes are drilled in the wall of the half-shell according to the same ring and communicating with the diffusion ducts. Said holes are substantially oblong extending according to an arc of a circle of the ring to improve the connection with the diffusion ducts.
-la demi-coquille comprend un trou central traversant dont l’axe est parallèle à l’axe de la chambre de combustion principale, débouchant dans le conduit vertical.- the half-shell includes a central through hole whose axis is parallel to the axis of the main combustion chamber, opening into the vertical duct.
De manière avantageuse, la demi-coquille comporte aussi une ouverture connectée avec le conduit vertical central débouchant dans la chambre de combustion principale.Advantageously, the half-shell also comprises an opening connected with the central vertical duct opening into the main combustion chamber.
Brève description des figuresBrief description of figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels :Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description of particular embodiments of the invention given by way of non-limiting examples and represented in the appended drawings, in which:
Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires.In the following description, identical reference numerals designate identical parts or parts having similar functions.
Les termes haut/bas se réfèrent à un axe vertical orthogonal au plan de joint entre une culasse et un carter-cylindres du moteur avec une direction dirigée vers la culasse.The terms top/bottom refer to a vertical axis orthogonal to the mating plane between a cylinder head and a crankcase of the engine with a direction directed towards the cylinder head.
Pour les moteurs thermiques ou à combustion et notamment pour les moteurs thermiques à allumage commandé, les challenges à relever sont une amélioration significative de leur rendement thermique, la réduction des émissions polluantes dont des oxydes d’azote, de particules fines et d’oxyde de carbone (CO2), le tout à prix abordable pour le client.For heat or combustion engines and in particular for controlled ignition heat engines, the challenges to be met are a significant improvement in their thermal efficiency, the reduction of polluting emissions including nitrogen oxides, fine particles and carbon (CO 2 ), all at an affordable price for the customer.
Les deux principaux leviers techniques pour améliorer le rendement d’un moteur à combustion interne 4 temps à allumage commandé sont :The two main technical levers for improving the performance of a 4-stroke spark-ignition internal combustion engine are:
• l’augmentation de son rapport volumétrique de compression (ou RVC) également appelé taux de compression,• the increase in its volumetric compression ratio (or RVC) also called compression ratio,
En pratique, un taux de compression trop élevé conduirait à l’apparition prématurée de « cliquetis », d’autant plus prématurée que le niveau de suralimentation du moteur est important. Le phénomène de cliquetis ou détonation traduit en réalité l’apparition de combustions anormales correspondant à une auto inflammation massive de la charge carburée non encore atteinte par le front de flamme. Ce phénomène pouvant conduire à la destruction du moteur doit être évité impérativement.In practice, too high a compression ratio would lead to the premature appearance of "knock", all the more premature as the level of engine supercharging is high. The knocking or detonation phenomenon actually reflects the appearance of abnormal combustion corresponding to massive self-ignition of the fuel charge not yet reached by the flame front. This phenomenon, which can lead to the destruction of the engine, must be absolutely avoided.
En pratique, on dégrade ainsi les avances à l’allumage du moteur par rapport à ses avances de meilleur rendement jusqu’à disparition du cliquetis. Pour augmenter la résistance au cliquetis du moteur et ainsi maximiser son rendement, on peut limiter son taux de compression effectif (fonction du taux de compression géométrique et du calage de la fermeture des soupapes admission). Pour ce faire deux solutions sont généralement mises en œuvre :In practice, the ignition advances of the engine are thus degraded in relation to its best efficiency advances until the knocking disappears. To increase the engine's resistance to knocking and thus maximize its efficiency, its effective compression ratio can be limited (a function of the geometric compression ratio and the timing of the inlet valve closure). To do this, two solutions are generally implemented:
1. Limiter le taux de compression géométrique et donc de détente, ce qui se traduit par une limitation des gains possibles sur le rendement.1. Limit the ratio of geometric compression and therefore of expansion, which translates into a limitation of possible gains in efficiency.
2. Anticiper significativement la fermeture des soupapes admission (AFA), ce qui permet de conserver un taux de détente très élevé laissant ainsi la perspective d’un rendement élevé.2. Significantly anticipate the closing of the intake valves (AFA), which makes it possible to maintain a very high rate of expansion, thus leaving the prospect of high efficiency.
Compte tenu de l’objectif de maximisation du rendement, la seconde stratégie dite de « Millérisation extrême » est privilégiée. Le taux de Millérisation est défini par le rapport volume de détente / volume de compression effectif qui est aussi égal au rapport volumétrique de détente (RVD) / rapport volumétrique de compression effectif (RVCeff). L’utilisation de très forts taux de Millérisation peut permettre de contenir le phénomène de cliquetis, de maximiser le travail de détente, tout en limitant les pertes par transvasement, le tout théoriquement synonyme de rendement élevé.Given the objective of maximizing yield, the second strategy, known as “extreme millerization”, is preferred. The Millerization rate is defined by the expansion volume / effective compression volume ratio which is also equal to the expansion volume ratio (RVD) / effective compression volume ratio (RVCeff). The use of very high milling rates can help contain the knocking phenomenon, maximize the work of expansion, while limiting losses by transfer, all theoretically synonymous with high yield.
Si l’anticipation de la fermeture des soupapes admission présente l’avantage de réduire le taux de compression effectif du moteur augmentant ainsi sa résistance au cliquetis, elle a en revanche l’inconvénient de limiter la durée de la phase d’admission pénalisant ainsi son remplissage en air frais donc ses performances en pleine charge mais aussi la qualité de la préparation du mélange carburé connu sous l’acronyme de GDI. Cette pénalité sur le remplissage peut être compensée par le redimensionnement de la boucle d’air en vue d’accroître le niveau de suralimentation durant la phase admission.If the anticipation of the closing of the intake valves has the advantage of reducing the effective compression ratio of the engine thus increasing its resistance to knocking, it has on the other hand the disadvantage of limiting the duration of the intake phase thus penalizing its filling with fresh air therefore its performance under full load but also the quality of the preparation of the fuel mixture known by the acronym of GDI. This filling penalty can be compensated by resizing the air loop in order to increase the boost level during the intake phase.
Le principal verrou à la mise en œuvre d’un fort taux de Millérisation réside toutefois dans une forte dégradation des vitesses de combustion, liée à la forte dissipation de l’intensité turbulente dans la chambre en fin de compression (vitesse moyenne piston sur la phase d’admission entre AOA et AFA d’autant plus faible que l’AFA est faible) ainsi qu’à la forte dégradation de la préparation du mélange. Le principal challenge consiste à maintenir des vitesses de combustion élevées, malgré l’application d’un fort taux de Millérisation.The main obstacle to the implementation of a high rate of Millerization however lies in a strong degradation of the combustion speeds, linked to the strong dissipation of the turbulent intensity in the chamber at the end of compression (average piston speed on the phase admission between AOA and AFA all the lower as the AFA is low) as well as to the strong degradation of the preparation of the mixture. The main challenge is to maintain high combustion rates, despite the application of a high rate of Millerization.
• l’augmentation du coefficient adiabatique des gaz.• the increase in the adiabatic coefficient of the gases.
L’augmentation du ratio des chaleurs spécifiques Une dilution aux gaz frais (richesse inférieure à 1) permet d’augmenter le coefficient moyen des gaz lors de la compression, ce qui améliore le rendement. Par ailleurs, cette dilution permet aussi de réduire les échanges thermiques et de réduire le pompage en charge partielle. De la même façon que pour la Millérisation, la dilution conduit à des réductions de vitesse de combustion et des instabilités de combustion.Increase in the ratio of specific heats A dilution with fresh gases (richness less than 1) makes it possible to increase the average coefficient of the gases during compression, which improves efficiency. Furthermore, this dilution also makes it possible to reduce heat exchange and to reduce pumping at partial load. Similar to Millerization, dilution leads to burn rate reductions and burn instabilities.
En conclusion, les deux leviers techniques visant à améliorer le rendement (Millérisation et dilution) conduisent à des combustions lentes et instables qu’il est nécessaire de booster.In conclusion, the two technical levers aimed at improving yield (millerization and dilution) lead to slow and unstable combustions that need to be boosted.
Une réponse pour pallier lesdites combustions lentes peut être un système de préchambre.An answer to overcome said slow combustions can be a pre-chamber system.
Notre invention concerne les moteurs thermiques à allumage commandé.Our invention relates to spark-ignition heat engines.
De manière connue comme représenté en figure 1, un moteur thermique comprend un carter-cylindres 50 comportant des cylindres 51 de révolution et parallèles entre eux selon un axe vertical X. Dans chaque cylindre 51 est disposé mobile en coulissement un piston 12 selon l’axe X du cylindre. Une culasse 52 est fixée au-dessus du carter-cylindres 50 et ferme chacun des cylindres par un toit de chambre 14 au niveau du plan de joint 53 entre le carter-cylindres 50 et la culasse 52. Le toit de chambre est formé par une partie inférieure de la culasse en vis-à-vis avec le carter-cylindres. Le toit de chambre 14 est sensiblement conique présentant un angle au sommet. Une chambre de combustion dite chambre principale 11 de combustion est ainsi délimitée par le toit de chambre 14, la paroi 54 du cylindre 51 et le piston 12. Dans le toit de chambre débouchent des conduits d’admission d’air56et des conduits d’échappement 55 de gaz brulés ainsi qu’un injecteur decarburantet une bougie d’allumage 57. Les conduits d’admission 56 et d’échappement 55 présentent débouchent dans la chambre de combustion principale 11 dont l’ouverture est contrôlée par des soupapes respectivement d’admission 58 et d’échappement 59.In known manner as shown in Figure 1, a heat engine comprises a cylinder block 50 comprising cylinders 51 of revolution and parallel to each other along a vertical axis X. In each cylinder 51 is arranged to slide a piston 12 along the axis X of the cylinder. A cylinder head 52 is fixed above the cylinder block 50 and closes each of the cylinders by a chamber roof 14 at the joint plane 53 between the cylinder block 50 and the cylinder head 52. The chamber roof is formed by a lower part of the cylinder head opposite the cylinder block. The chamber roof 14 is substantially conical with an apex angle. A combustion chamber called the main combustion chamber 11 is thus delimited by the chamber roof 14, the wall 54 of the cylinder 51 and the piston 12. exhaust 55 of burnt gases as well as a fuel injector and a spark plug 57. The intake 56 and exhaust ducts 55 open out into the main combustion chamber 11, the opening of which is controlled by valves intake 58 and exhaust 59 respectively.
Le principe de ce système est de rajouter à la chambre de combustion principale 11 une chambre de combustion additionnelle ou préchambre 10 qui communique avec la chambre principale 11 par des conduits de diffusion 17 comme représenté en figure 2. La préchambre 10 remplace la bougie d’allumage 57 pour la combustion des gaz dans la chambre de combustion principale 11. La préchambre 10 est agencée au-dessus de la chambre à combustion principale 11 selon un axe parallèle à l’axe voire confondu X du cylindre dans l’exposé qui suit pour faciliter la compréhension. Dans la préchambre débouchent au moins une bougie 57 et potentiellement un injecteur dédié 13 dans le cas d’une préchambre active. Grâce à cet injecteur dédié, on peut maîtriser la richesse dans la préchambre et on visera une richesse 1 pour laquelle la combustion est rapide et stable. L’avantage de la préchambre passive ou active est double : elle résout les problèmes d’initiation de la combustion et les problèmes de début de combustion grâce à l’éjection des gaz chauds de la préchambre vers la chambre principale. Ce système permet de générer un allumage volumique des gaz frais dans la chambre principale.The principle of this system is to add to the main combustion chamber 11 an additional combustion chamber or pre-chamber 10 which communicates with the main chamber 11 by diffusion ducts 17 as shown in FIG. 2. The pre-chamber 10 replaces the spark plug. ignition 57 for the combustion of the gases in the main combustion chamber 11. The prechamber 10 is arranged above the main combustion chamber 11 along an axis parallel to the axis or even coincident X of the cylinder in the description which follows for facilitate understanding. At least one spark plug 57 and potentially a dedicated injector 13 emerge in the prechamber in the case of an active prechamber. Thanks to this dedicated injector, we can control the richness in the pre-chamber and we will aim for a richness of 1 for which combustion is fast and stable. The advantage of the passive or active prechamber is twofold: it solves the problems of combustion initiation and the problems of the start of combustion thanks to the ejection of hot gases from the prechamber to the main chamber. This system makes it possible to generate a volume ignition of the fresh gases in the main chamber.
De manière préférentielle, la préchambre 10 peut être formée par un évidement 16 sensiblement oblong creusé dans la culasse 52 et convexe tourné vers la direction opposée de la chambre de combustion principale 11. Ledit évidement est disposé entre les soupapes d’admission et d’échappement 58, 59 du cylindre.Preferably, the prechamber 10 can be formed by a substantially oblong recess 16 hollowed out in the cylinder head 52 and convex facing the opposite direction of the main combustion chamber 11. Said recess is arranged between the intake and exhaust valves. 58, 59 of the cylinder.
La préchambre peut comporter des moyens de fixation de la bougie et de l’injecteur d’air et de carburant 13, dont les extrémités sont tournées vers le fond de l’évidement 16 vers la chambre de combustion principale 11.The pre-chamber may include means for fixing the spark plug and the air and fuel injector 13, the ends of which face the bottom of the recess 16 towards the main combustion chamber 11.
Selon un mode de réalisation de l’invention, les conduits de diffusion 17 sont creusés dans la culasse pour connecter l’évidement à la chambre principale de combustion. Les conduits de diffusion sont de deux types:According to one embodiment of the invention, the diffusion ducts 17 are hollowed out in the cylinder head to connect the recess to the main combustion chamber. Diffusion ducts are of two types:
-des conduits radiaux 18 qui s’étendent depuis l’évidement 16 jusqu’à la périphérie 60 du cylindre 51,-radial ducts 18 which extend from the recess 16 to the periphery 60 of the cylinder 51,
-un conduit central vertical 19 qui s’étend selon un axe sensiblement parallèle à l’axe vertical X du cylindre 51.-a vertical central duct 19 which extends along an axis substantially parallel to the vertical axis X of the cylinder 51.
Selon la figure 2 et de manière préférentielle, les conduits radiaux 18 sont au nombre de 4 et rectilignes. L’axe de chacun desdits conduits passe entre deux conduits d’admission 56 ou d’échappement 55 voisins dont les ouvertures sont contrôlées par les soupapes 58, 59 comme représenté en figure 3. Le conduit radial 18 longe la surface du toit de chambre14. L’axe du conduit radial 18 est sensiblement parallèle à la surface conique du toit de chambre 14. De façon plus précise, l’axe du conduit radial 18 forme un petit angle avec sa projection sur la surface conique ou pente du toit de chambre 14 pour faciliter l’obtention du conduit par perçage. Le conduit de diffusion radial 18 débouche ainsi à une première extrémité dans la préchambre 10 et à la seconde extrémité opposée en périphérie du toit de chambre 14.According to Figure 2 and preferably, the radial ducts 18 are 4 in number and straight. The axis of each of said ducts passes between two neighboring intake 56 or exhaust 55 ducts, the openings of which are controlled by the valves 58, 59 as shown in FIG. 3. The radial duct 18 runs along the surface of the roof of chamber 14. The axis of the radial duct 18 is substantially parallel to the conical surface of the roof of the chamber 14. More precisely, the axis of the radial duct 18 forms a small angle with its projection on the conical surface or slope of the roof of the chamber 14 to facilitate obtaining the duct by drilling. The radial diffusion duct 18 thus opens at a first end into the prechamber 10 and at the opposite second end at the periphery of the chamber roof 14.
Selon un mode de réalisation, le conduit radial traverse une cavité 20 disposée en périphérie du toit de chambre 14. Ladite cavité 20 peut être obtenue par lamage selon un axe parallèle à l’axe vertical X du cylindre. La cavité est ensuite refermée de façon étanche par un bouchon 21 qui présente au-moins un orifice d’éjection 22. De manière préférentielle, le bouchon comprend deux orifices d’éjection 22 diamétralement opposés. Les deux orifices d’éjection 22 sont ainsi disposés par exemple sur un même diamètre du toit de chambre 14 pour obtenir des jets de flamme léchant la périphérie du cylindre 51. Plus précisément, les orifices d’éjection 22 sont disposés en périphérie du toit de chambre 14, à une même distance du bord circulaire dudit toit de chambre 14.According to one embodiment, the radial duct passes through a cavity 20 placed on the periphery of the chamber roof 14. Said cavity 20 can be obtained by countersinking along an axis parallel to the vertical axis X of the cylinder. The cavity is then closed tightly by a plug 21 which has at least one ejection orifice 22. Preferably, the plug comprises two ejection orifices 22 diametrically opposed. The two ejection orifices 22 are thus arranged for example on the same diameter of the chamber roof 14 to obtain jets of flame licking the periphery of the cylinder 51. More specifically, the ejection orifices 22 are arranged on the periphery of the roof of chamber 14, at the same distance from the circular edge of said chamber roof 14.
Le fond de l’évidement 16 est percé par le conduit central 19 dont l’axe est parallèle à l’axe vertical X du cylindre.The bottom of the recess 16 is pierced by the central conduit 19 whose axis is parallel to the vertical axis X of the cylinder.
De manière préférentielle, une demi-coquille oblongue 30 enveloppe les extrémités de la bougie 12 et de l’injecteur 13 de carburant et d’air et délimite la préchambre 10. Ladite demi-coquille est de forme sensiblement complémentaire de l’évidement oblong 16 dans la culasse au jeu d’assemblage près. Ladite demi-coquille est prévue pour être insérée dans ledit évidement oblong 16. Ladite demi-coquille comprend ainsi des orifices traversant radiaux et un orifice central disposé dans le fond de ladite demi-coquille. Les orifices sont adaptés pour être en regard des débouchés des conduits radiaux et du conduit central. La demi-coquille est apte à supporter des températures importantes dues à la combustion des gaz dans la préchambre. Ainsi, la demi-coquille est issue de matière différente à celle de la culasse, notamment en acier alors que la culasse peut être en aluminium.Preferably, an oblong half-shell 30 envelops the ends of the spark plug 12 and of the fuel and air injector 13 and delimits the pre-chamber 10. Said half-shell is of substantially complementary shape to the oblong recess 16 in the cylinder head to the nearest assembly clearance. Said half-shell is designed to be inserted into said oblong recess 16. Said half-shell thus comprises radial through holes and a central hole disposed in the bottom of said half-shell. The orifices are adapted to face the outlets of the radial ducts and of the central duct. The half-shell is capable of withstanding high temperatures due to the combustion of the gases in the pre-chamber. Thus, the half-shell comes from a different material to that of the cylinder head, in particular steel, whereas the cylinder head may be aluminum.
Dans la préchambre 10, un mélange gazeux stœchiométrique est injecté puis brulé par le déclenchement de la bougie 12. La flamme formée se propage par le conduit central 19 selon l’axe du cylindre vers le centre de la chambre de combustion principale 11 et par les conduits radiaux 18 jusqu’à la cavité périphérique 20 puis au travers des orifices d’éjection 22 du bouchon pour lécher la périphérie de la chambre de combustion principale 11. On obtient donc un allumage homogène des gaz compressés dans la chambre de combustion principaleIn the prechamber 10, a stoichiometric gaseous mixture is injected and then burned by triggering the spark plug 12. The flame formed spreads through the central duct 19 along the axis of the cylinder towards the center of the main combustion chamber 11 and through the radial ducts 18 as far as the peripheral cavity 20 then through the ejection orifices 22 of the plug to lick the periphery of the main combustion chamber 11. A homogeneous ignition of the gases compressed in the main combustion chamber is therefore obtained
L’objectif est atteint:The goal is reached:
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de cette prise, décrites ci-dessus à titre d'exemples, elle en embrasse au contraire toutes les variantes.It goes without saying that the invention is not limited solely to the embodiments of this socket, described above by way of examples, on the contrary it encompasses all the variants thereof.
Par exemple, le bouchon de la cavité périphérique peut présenter un orifice tourné vers le centre du toit de chambre pour diriger la flamme également de puis la périphérie de chambre de combustion vers son centre.For example, the plug of the peripheral cavity may have an orifice facing towards the center of the chamber roof to direct the flame also from then the periphery of the combustion chamber towards its center.
Claims (10)
Caractérisé en ce que la préchambre (10) est connectée à la chambre principale (11) par des conduits de diffusion radiaux (18) rectilignes, s’étendant radialement et débouchant à l’extrémité opposée en périphérie du toit de chambre (14)Motor vehicle spark ignition combustion engine (100) comprising a cylinder block (50) surmounted by a cylinder head (52) in which is arranged a combustion prechamber (10) connected to a fuel injector (13) and to a spark plug (12), and communicating with a main combustion chamber (11) arranged at the bottom of the pre-chamber, and delimited by the wall of a cylinder (51), a piston movable in sliding in said cylinder and a chamber roof ( 14) substantially conical, opposite the piston, and hollowed out in the cylinder head (52),
Characterized in that the pre-chamber (10) is connected to the main chamber (11) by straight radial diffusion ducts (18), extending radially and emerging at the opposite end on the periphery of the chamber roof (14)
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