WO2015110739A1 - Toit de piston a cavite non circulaire - Google Patents

Toit de piston a cavite non circulaire Download PDF

Info

Publication number
WO2015110739A1
WO2015110739A1 PCT/FR2015/050068 FR2015050068W WO2015110739A1 WO 2015110739 A1 WO2015110739 A1 WO 2015110739A1 FR 2015050068 W FR2015050068 W FR 2015050068W WO 2015110739 A1 WO2015110739 A1 WO 2015110739A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
piston
cavity
roof
shape
piston roof
Prior art date
Application number
PCT/FR2015/050068
Other languages
English (en)
Inventor
Laurent Delahaye
Frédéric JUSTET
Pascal Tribotte
Original Assignee
Renault S.A.S
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renault S.A.S filed Critical Renault S.A.S
Priority to EP15704333.2A priority Critical patent/EP3097286A1/fr
Priority to BR112016015966A priority patent/BR112016015966A2/pt
Publication of WO2015110739A1 publication Critical patent/WO2015110739A1/fr

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0678—Unconventional, complex or non-rotationally symmetrical shapes of the combustion space, e.g. flower like, having special shapes related to the orientation of the fuel spray jets
    • F02B23/0693—Unconventional, complex or non-rotationally symmetrical shapes of the combustion space, e.g. flower like, having special shapes related to the orientation of the fuel spray jets the combustion space consisting of step-wise widened multiple zones of different depth
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
    • F02B23/10—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
    • F02B2023/102—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder the spark plug being placed offset the cylinder centre axis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a piston roof for internal combustion engine, comprising an upper face intended to be turned towards a cylinder head arranged in the upper part of a combustion chamber delimited in its lower part by said piston roof, said upper face. comprising a cavity.
  • the subject of the invention is also an equicurrent type internal combustion heat engine.
  • a known technology relates to the internal combustion engine operating under technology known as "equicurrent” or “uniflow” in English terminology, said engine comprising valves at the cylinder head through which the combustion chamber can burn escape.
  • the intake ports located at the bottom of the cylinder open, the inlet gases push the flue gas to evacuate through the valves.
  • the flow of these two types of gas becomes swirling, which corresponds to an operation known under the name "swirl”.
  • the piston rises it gradually closes the intake lights.
  • the exhaust also closes.
  • the injection of fuel starts in this window of time.
  • the injected mixture touches the piston roof.
  • the way in which the mixture between the fuel and the intake gases is distributed in the combustion chamber is dependent on the shape of the piston roof.
  • a solution currently known provides that the piston roof has a cylinder-shaped cavity having a circle-shaped section. Another solution is described in the document, providing a spherical cavity.
  • the purpose of the present invention is to provide a piston roof that overcomes the disadvantages listed above, especially in the non-limiting but particularly targeted case of an internal combustion engine of the equicurrent type.
  • an object of the invention is to provide such a piston roof that both improves the fuel distribution and the creation of fuel mixture volume around the spark plug especially when the piston is in the up position, while by respecting the constraints of hunting and implantation of the spark plug.
  • a piston roof for an internal combustion engine comprising an upper face intended to be turned towards a cylinder head arranged in the upper part of a combustion chamber delimited in its lower part by said piston roof, said upper face comprising a cavity which has a shape such that in any point of the depth of the cavity, the cavity has, in a section plane perpendicular to the direction of sliding of the piston equipped with said piston roof by relative to the engine cylinder, a section having a contour of non-circular shape.
  • the shape of the section comprises a flare.
  • the shape adopted by the section may be a prismatic shape trapezoidal base whose straight segments are connected two by two by curved connecting fillet.
  • the radius of said connecting fillet is preferably between 1 and 10 mm.
  • the bottom of the cavity may be generally planar and spatially oriented so as to form an angle between 0 and 30 ° with the plane perpendicular to the direction of sliding of the piston, the bottom zone having the greatest depth for the cavity corresponding to a zone intended to coincide with a spark plug.
  • the area to coincide with the spark plug may be located along the small base of the trapezoid.
  • the lateral edges of the cavity may have a flared shape in the direction of sliding of the piston flaring out gradually.
  • the connecting radii between said lateral edges of the cavity and firstly said bottom of the cavity and secondly said complementary portion have a value between 10 and 100 mm.
  • the shape adopted by the section may alternatively be an elliptical shape.
  • the cavity may be spatially shaped so that in a cutting plane including the direction of sliding of the piston, the cavity has a section having a contour having the shape of an elliptical arc corresponding to a portion of an ellipse whose major axis is parallel to the general plane of the complementary part of the upper surface of the piston roof situated outside the cavity and located above, the distance separating said major axis and said general plane being between 0 and 40 mm.
  • the section of the cavity seen in any cutting plane perpendicular to the direction of sliding of the piston may have a cavity directed towards the outside of the cavity, so that the cavity has an angular sector given counted around an axis coinciding with said sliding direction, a peripheral hollow constituting the zone intended to coincide with the spark plug.
  • the cavity may comprise connecting radii between the walls of said peripheral hollow and the remainder of the cavity, in particular the bottom and the lateral edges of the cavity, have a value of between 1 and 10 mm.
  • An internal combustion heat engine may comprise an engine block delimiting at least one cylinder inside which slides a piston provided with such a piston roof, a cylinder head attached to the engine block so that the upper face of the roof of the piston facing the cylinder head and the cylinder head itself respectively delimit the lower and upper parts of a combustion chamber.
  • the heat engine comprises:
  • FIG. 1 to 6 show a first embodiment of a piston roof according to the invention
  • FIGS. 7 to 12 show a second embodiment of a piston roof according to the invention.
  • FIGS. 1 to 6 show a first embodiment of a piston roof according to the invention
  • FIGS. 7 to 12 represent a second embodiment of a piston roof according to the invention.
  • Figures 1 to 12 illustrate a piston roof 10 for an internal combustion engine, comprising an upper face 1 1 intended to be turned towards a cylinder head 12 arranged in the upper part of a combustion chamber 13 delimited in its lower part. by said piston roof 10, said upper face 1 1 comprising a cavity 14.
  • the first and second embodiments are interconnected by the same concept that makes it possible to respond to the pre-listed objects, namely that said cavity 14 has a shape such that at any point of the depth H of the cavity 14, the cavity 14 has, in a section plane P perpendicular to the direction of sliding piston 15 equipped with said piston roof 10 relative to the engine cylinder, a section having a contour having a shape advantageously noncircular.
  • the shape of the section comprises a flare.
  • the shape adopted by the section is a trapezoidal-based prismatic shape whose rectilinear segments are connected two by two by R1 connection curves.
  • Figure 1 illustrates a top view, in dashed lines, the prismatic shape trapezoidal base.
  • the shape adopted by the section is an elliptical shape.
  • Figure 7 illustrates in top view, in dashed lines, the elliptical shape.
  • the angular position occupied by the elliptical shape around the sliding direction D can vary from a positive or negative value equal in absolute value to a, of the order of 30 degrees.
  • the elliptical shape which is therefore a basic ellipse, includes a major axis and a minor axis.
  • the major axis of the ellipse will advantageously be aligned with the offset direction of the valves 16 with each other, at the angle a near, the object of this elliptical shape having the major axis is to guide and mix the fuel mixture.
  • cavity it should preferably be understood that it is a concave curvilinear portion which extends inwardly of the piston roof 10, in a direction opposite to that from the piston roof 10 towards the cylinder head 12 of the combustion chamber 13, to a certain depth H.
  • the term “circular” is interpreted as meaning "perfect circle” defined mathematically by a curve having a constant radius around a defined fixed point. An effect of this non-circular section is to allow to precisely adapt the shape of the contour of the section of the cavity 14 in a manner to improve the mixture and its uniformity between the intake gas and the fuel 17, with also as a consequence a better uniformity of the load on the piston 15.
  • the radius of said R1 connection fillet is in particular chosen to be large enough, preferably between 1 and 10 mm, to meet the aforementioned problems.
  • the bottom 18 of the cavity 14 is generally plane and spatially oriented so as to form an angle ⁇ between 0 and 30 ° with the plane P perpendicular to the sliding direction D of the piston 15, the bottom zone 18 having the greatest depth for the cavity 14 corresponding to the zone Z intended to coincide with a spark plug.
  • the positioning elements of the candle are illustrated under the reference 19.
  • the zone Z intended to coincide with the spark plug is located along the small base 20 of the trapezium.
  • the lateral edges 22 of the cavity 14 have a flared shape in the sliding direction D of the piston 15 flaring gradually approaching the cylinder head 12.
  • the connecting radii R2 between said side edges 22 of the cavity 14 and on the one hand said bottom 18 of the cavity 14 and on the other hand said complementary part 21 have a value between 10 and 100 mm so large relative to the connecting radii R1.
  • This connection radius R2 makes it possible to adjust the engine, in particular when the piston is at the top of the chamber, the volume between the piston and the cylinder head being the dead volume.
  • the cavity 14 is spatially shaped so that in a cutting plane including the sliding direction D of the piston 15, the cavity 14 has a section having a contour having the shape of an elliptical arc corresponding to a portion of an ellipse 23 whose major axis 24 is parallel to the general plane of the complementary portion 21 of the upper surface of the piston roof 10 located outside the cavity 14 and located at the above, the distance ⁇ separating said major axis 24 and said general plane being between 0 and 40 mm.
  • the section of the cavity 14 seen in any cutting plane P perpendicular to the sliding direction D of the piston 15 has a cavity 25 directed towards the outside of the cavity 14 , so that the cavity 15 has, on a given angular sector counted around an axis coinciding with said sliding direction D, a peripheral hollow constituting the zone Z intended to coincide with the spark plug.
  • the cavity 14 preferably comprises connecting radii R3 between the walls of said peripheral hollow formed by the cavity 25 and the remainder of the cavity 14, in particular the bottom 18 and the lateral edges 22 of the cavity 14, have a value comprised between 1 and 10 mm.
  • R3 the dimensions of the basic ellipse along the large and small axes, and the angle a, the value ⁇ , the shape of the ellipse 23 , the depth H, the shape of the cavity 25.
  • the dead volume When the piston reaches the upper position in the chamber, there remains a volume between the piston roof and the cylinder head, known as the dead volume, which allows the adjustment of the engine.
  • the value of ⁇ is preferably modified to allow this setting.
  • an internal combustion engine will comprise an engine block delimiting at least one cylinder inside which a piston 15 provided with a piston roof 10 as described above, a cylinder head 12 attached to the block motor so that the upper face 1 1 of the piston roof 10 facing the cylinder head 12 and the cylinder head 12 itself respectively delimit the lower and upper portions of a combustion chamber 13.
  • the heat engine preferably comprises:
  • the assembly being organized in such a way that, under the effect of the displacement of the piston roof 10 in the direction going towards the cylinder head 12 since the bottom dead center of the piston, it is the intake gas admitted through said lights that push the exhaust gas resulting from the previous explosion having previously caused the displacement of the piston 15 to its bottom dead point, forming a thermal engine two-stroke internal combustion type equicurrent.
  • the admission of gases is performed by lights in the bottom of the combustion chamber 13 in the cylinder of the engine block. They are discovered by the piston 15 only near the bottom dead center of the piston. Outside this position of the piston 15 to the bottom dead center, the side walls of the piston 15 seal these lights and block the admission.
  • the shape of the base trapezium and its positioning with respect to the sliding direction D and the shape of the basic ellipse and its positioning with respect to the sliding direction D are adapted so that under the effect of the displacement of the piston roof 10 in the direction towards the cylinder head 12 from the bottom dead center of the piston, the intake gases and the pushed exhaust gases flow in a swirling manner around the direction D in the manner of a "swirl" movement.
  • the flow of the fuel mixture is more precisely symbolized by arrows in FIGS. 6 and 12. It is seen that the flow is easily practiced towards a very large majority of the complementary part 21 of the upper face 1 1 of the piston roof.
  • the solution described in this document also makes it possible to reduce the low richness zones of the fuel-gas mixture mixture (marked 26 in FIGS. 2 and 8), while keeping the hunt as much as possible. and the release of the candle, important for combustion.

Abstract

Un toit de piston (10) pour moteur thermique à combustion interne, comprend une face supérieure (11) destinée à être tournée vers une culasse (12) aménagée en partie supérieure d'une chambre de combustion (13) délimitée dans sa partie inférieure par ledit toit de piston (10), ladite face supérieure (11) comprenant une cavité (14).Ladite cavité(14) présente une forme telle qu'en tout point de la profondeur (H) de la cavité (14), la cavité (14) présente, dans un plan de coupe (P) perpendiculaire à la direction de coulissement (D) du piston (15) équipé dudit toit de piston (10) par rapport au cylindre du moteur, une section ayant un contour de forme non circulaire. Il est aussi décrit un moteur à combustion interne.

Description

TOIT DE PISTON A CAVITE NON CIRCULAIRE
Domaine technique de l'invention
L'invention concerne un toit de piston pour moteur thermique à combustion interne, comprenant une face supérieure destinée à être tournée vers une culasse aménagée en partie supérieure d'une chambre de combustion délimitée dans sa partie inférieure par ledit toit de piston, ladite face supérieure comprenant une cavité.
L'invention a pour objet également un moteur thermique à combustion interne de type équicourant.
État de la technique
Dans le domaine automobile, le cahier des charges associé à la motorisation prévoit autant que possible une faible consommation et des performances en cohérence avec le cahier des charges.
Une technologie connue est relative au moteur thermique à combustion interne fonctionnant sous la technologie dite « équicourant » ou « uniflow » en terminologie anglo-saxonne, ledit moteur comprenant des soupapes au niveau de la culasse par lesquelles les gaz brûlés de la chambre de combustion peuvent s'échapper. Ainsi, lorsque les lumières d'admission situées en bas du cylindre s'ouvrent, les gaz d'admission viennent pousser les gaz brûlés pour les évacuer au travers des soupapes. L'écoulement de ces deux natures de gaz devient tourbillonnaire, ce qui correspond à un fonctionnement connu sous la dénomination « swirl ». Lorsque le piston remonte, il ferme progressivement les lumières d'admission. L'échappement se ferme également. L'injection de carburant démarre dans cette fenêtre de temps. Le mélange injecté vient toucher le toit de piston.
La manière dont le mélange entre le carburant et les gaz d'admission se répartit dans la chambre de combustion est dépendante de la forme du toit de piston.
Pour tenter de répartir au mieux le mélange, une solution connue actuellement prévoit que le toit de piston présente une cavité en forme de cylindre ayant une section de coupe en forme de cercle. Une autre solution est décrite dans le document, prévoyant une cavité de forme sphérique.
En dépit de l'amélioration qu'une telle cavité induit, la qualité de la répartition au sein de la chambre de combustion du mélange formé entre le carburant et les gaz d'admission est peu satisfaisante. Il existe notamment des zones en périphérie de la cavité où la richesse est faible, connues sous le nom de zones de chasses, en raison d'une quantité localement très faible de carburant dans ces zones.
Ces zones sont importantes pour le déploiement de la flamme lors de la descente du piston. En effet, lors de la compression et de la montée du piston, peu de gaz sont formés entre lesdites zones et la culasse entraînant une dépression. Puis lors de l'allumage et ensuite de la descente du piston, la flamme formée depuis l'extrémité de la bougie dans la cavité en regard de ladite extrémité de bougie est aspirée avec de grandes vitesses vers lesdites zones de chasse entraînant un déploiement de la flamme optimisé jusqu'au contact des bords de la paroi de la chambre. Une contrainte supplémentaire dans la conception du toit de piston est donc la nécessité de respecter autant que possible les zones de chasse pour un fonctionnement optimisé du moteur. Bien que ces problématiques soient particulièrement marquées pour le cas particulier du moteur de type équicourant, elles sont susceptibles de toucher tout type de moteur thermique à combustion interne. Objet de l'invention
Le but de la présente invention est de proposer un toit de piston qui remédie aux inconvénients listés ci-dessus, notamment dans le cas non limitatif mais particulièrement visé d'un moteur thermique à combustion interne de type équicourant.
Notamment, un objet de l'invention est de fournir un tel toit de piston qui permet à la fois d'améliorer la répartition de carburant et la création de volume de mélange carburé autour de la bougie notamment lorsque le piston est en position haute, tout en respectant les contraintes de chasses et d'implantation de la bougie d'allumage. Ces objets peuvent être atteints par l'intermédiaire d'un toit de piston pour moteur thermique à combustion interne, comprenant une face supérieure destinée à être tournée vers une culasse aménagée en partie supérieure d'une chambre de combustion délimitée dans sa partie inférieure par ledit toit de piston, ladite face supérieure comprenant une cavité qui présente une forme telle qu'en tout point de la profondeur de la cavité, la cavité présente, dans un plan de coupe perpendiculaire à la direction de coulissement du piston équipé dudit toit de piston par rapport au cylindre du moteur, une section ayant un contour de forme non circulaire. De préférence, la forme de la section comprend un évasement.
Sur tout ou partie du contour de forme non circulaire, la forme adoptée par la section peut être une forme prismatique à base trapézoïdale dont les segments rectilignes sont raccordés deux à deux par des congés de raccordement courbes. Le rayon desdits congés de raccordement est compris de préférence entre 1 et 10 mm.
Le fond de la cavité peut être globalement plan et orienté spatialement de sorte à former un angle compris entre 0 et 30° avec le plan perpendiculaire à la direction de coulissement du piston, la zone du fond présentant la plus grande profondeur pour la cavité correspondant à une zone destinée à coïncider avec une bougie d'allumage. La zone destinée à coïncider avec la bougie d'allumage peut être située le long de la petite base du trapèze.
En allant de la partie complémentaire de la surface supérieure du toit de piston située en dehors de la cavité vers le fond de la cavité, les bords latéraux de la cavité peuvent présenter une forme évasée suivant la direction de coulissement du piston s'évasant progressivement en s'approchant de la culasse, et les rayons de raccordement entre lesdits bords latéraux de la cavité et d'une part ledit fond de la cavité et d'autre part ladite partie complémentaire présentent une valeur comprise entre 10 et 100 mm.
Sur tout ou partie du contour de forme non circulaire, la forme adoptée par la section peut alternativement être une forme elliptique.
La cavité peut être conformée spatialement de manière que dans un plan de coupe incluant la direction de coulissement du piston, la cavité présente une section ayant un contour ayant la forme d'un arc elliptique correspondant à une partie d'une ellipse dont le grand axe est parallèle au plan général de la partie complémentaire de la surface supérieure du toit de piston située en dehors de la cavité et situé au-dessus, la distance séparant ledit grand axe et ledit plan général étant compris entre 0 et 40 mm. Sur une partie de son contour, la section de la cavité vue dans tout plan de coupe perpendiculaire à la direction de coulissement du piston peut présenter une cavité dirigée vers l'extérieur de la cavité, de sorte que la cavité présente, sur un secteur angulaire donné compté autour d'un axe coïncidant avec ladite direction de coulissement, un creux périphérique constitutif de la zone destinée à coïncider avec la bougie d'allumage.
La cavité peut comprendre des rayons de raccordement entre les parois dudit creux périphérique et le reste de la cavité, notamment le fond et les bords latéraux de la cavité, présentent une valeur comprise entre 1 et 10 mm.
Un moteur thermique à combustion interne, peut comprendre un bloc moteur délimitant au moins un cylindre à l'intérieur duquel coulisse un piston muni d'un tel toit de piston, une culasse rapportée sur le bloc moteur de manière que la face supérieure du toit de piston tournée vers la culasse et la culasse elle- même délimitent respectivement les parties inférieure et supérieure d'une chambre de combustion.
De préférence, le moteur thermique comprend :
- des lumières permettant l'admission des gaz d'admission, ménagées à proximité de la partie inférieure de la chambre de combustion d'une manière telle que lesdites lumières ne sont découvertes par le piston qu'à proximité du point mort bas du piston,
au moins une ouverture d'échappement des gaz de combustion délimitée au niveau de la partie supérieure de la chambre de combustion, notamment au niveau de culasse, et équipée d'un système de soupape,
une bougie d'allumage maintenue au niveau de la partie supérieure de la chambre de combustion,
l'ensemble étant organisé d'une manière telle que, sous l'effet du déplacement du toit de piston dans le sens allant vers la culasse depuis le point mort bas du piston, ce sont les gaz d'admission admis à travers lesdites lumières qui poussent les gaz d'échappement résultant de l'explosion précédente ayant précédemment provoqué le déplacement du piston vers son point mort bas, formant un moteur thermique à combustion interne de type équicourant. Description sommaire des dessins
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels :
- les figures 1 à 6 représentent un premier mode de réalisation d'un toit de piston selon l'invention,
- et les figures 7 à 12 représentent un deuxième mode de réalisation d'un toit de piston selon l'invention.
Description de modes préférentiels de l'invention
L'invention va être décrite ci-dessous en référence aux figures 1 à 12. Plus précisément, les figures 1 à 6 représentent un premier mode de réalisation d'un toit de piston selon l'invention, tandis que les figures 7 à 12 représentent un deuxième mode de réalisation d'un toit de piston selon l'invention.
Ainsi, les figures 1 à 12 illustrent un toit de piston 10 pour moteur thermique à combustion interne, comprenant une face supérieure 1 1 destinée à être tournée vers une culasse 12 aménagée en partie supérieure d'une chambre de combustion 13 délimitée dans sa partie inférieure par ledit toit de piston 10, ladite face supérieure 1 1 comprenant une cavité 14.
Les premier et deuxième modes de réalisation sont liés entre eux par le même concept qui permet de répondre aux objets pré-listés, à savoir que ladite cavité 14 présente une forme telle qu'en tout point de la profondeur H de la cavité 14, la cavité 14 présente, dans un plan de coupe P perpendiculaire à la direction de coulissement D du piston 15 équipé dudit toit de piston 10 par rapport au cylindre du moteur, une section ayant un contour présentant une forme avantageusement non circulaire. De préférence, la forme de la section comprend un évasement.
Plus précisément, selon le premier mode de réalisation associé aux figures 1 à 6, sur tout ou partie du contour de forme non circulaire, la forme adoptée par la section est une forme prismatique à base trapézoïdale dont les segments rectilignes sont raccordés deux à deux par des congés de raccordement R1 courbes. La figure 1 illustre en vue de dessus, en traits pointillés, la forme prismatique à base trapézoïdale. Par contre, selon le deuxième mode de réalisation associé aux figures 7 à 12, sur tout ou partie du contour de forme non circulaire, la forme adoptée par la section est une forme elliptique. La figure 7 illustre en vue de dessus, en traits pointillés, la forme elliptique. Elle montre également que la position angulaire occupée par la forme elliptique autour de la direction de coulissement D peut varier d'une valeur positive ou négative égale en valeur absolue à a, de l'ordre de 30 degrés. La forme elliptique, qui est donc une ellipse de base, comprend un grand axe et un petit axe. Dans le cas où la culasse 12 comprend deux soupapes décalées entre elles dans un plan parallèle au plan P, alors le grand axe de l'ellipse sera avantageusement aligné avec la direction de décalage des soupapes 16 entre elles, à l'angle a près, l'objet de cette forme elliptique présentant le grand axe est de guider et de mélanger le mélange carburé.
Par « cavité », il convient de comprendre de préférence qu'il s'agit d'une partie curviligne concave qui s'étend vers l'intérieur du toit de piston 10, dans un sens opposé à celui allant du toit de piston 10 vers la culasse 12 de la chambre de combustion 13, jusqu'à une certaine profondeur H. Le terme « circulaire » s'interprète comme signifiant « cercle parfait » défini mathématiquement par une courbe ayant un rayon constant autour d'un point fixe défini. Un effet de cette section non circulaire est de permettre d'adapter justement la forme du contour de la section de la cavité 14 d'une manière permettant d'améliorer le mélange et son uniformité entre les gaz d'admission et le carburant 17, avec également comme conséquence une meilleure uniformité de la charge sur le piston 15.
Le rayon desdits congés de raccordement R1 est notamment choisi de sorte à être assez grand, de préférence compris entre 1 et 10 mm, afin répondre aux problématiques précitées. De préférence dans le premier mode de réalisation, le fond 18 de la cavité 14 est globalement plan et orienté spatialement de sorte à former un angle β compris entre 0 et 30° avec le plan P perpendiculaire à la direction de coulissement D du piston 15, la zone du fond 18 présentant la plus grande profondeur pour la cavité 14 correspondant à la zone Z destinée à coïncider avec une bougie d'allumage. Les éléments de positionnement de la bougie sont illustrés sous la référence 19.
Comme illustré sur les figures, dans le premier mode de réalisation, la zone Z destinée à coïncider avec la bougie d'allumage est située le long de la petite base 20 du trapèze.
Dans le premier mode de réalisation toujours, en allant de la partie complémentaire 21 de la surface supérieure 1 1 du toit de piston 10 située en dehors de la cavité 14 vers le fond 18 de la cavité 14, les bords latéraux 22 de la cavité 14 présentent une forme évasée suivant la direction de coulissement D du piston 15 s'évasant progressivement en s'approchant de la culasse 12. Les rayons de raccordement R2 entre lesdits bords latéraux 22 de la cavité 14 et d'une part ledit fond 18 de la cavité 14 et d'autre part ladite partie complémentaire 21 présentent une valeur comprise entre 10 et 100 mm donc grands par rapport aux rayons de raccordement R1 . Ce rayon de raccordement R2 permet de régler le moteur notamment lorsque le piston est en haut de la chambre, le volume entre le piston et la culasse étant le volume mort.
Dans le premier mode de réalisation, il est donc avantageux de varier les valeurs de R1 et R2, les angles du trapèze de base, et l'angle β d'inclinaison (négative ou positive) du fond 18, la profondeur H.
Maintenant dans le deuxième mode de réalisation et notamment en référence à la figure 17, la cavité 14 est conformée spatialement de manière que dans un plan de coupe incluant la direction de coulissement D du piston 15, la cavité 14 présente une section ayant un contour ayant la forme d'un arc elliptique correspondant à une partie d'une ellipse 23 dont le grand axe 24 est parallèle au plan général de la partie complémentaire 21 de la surface supérieure du toit de piston 10 située en dehors de la cavité 14 et situé au-dessus, la distance Ω séparant ledit grand axe 24 et ledit plan général étant compris entre 0 et 40 mm.
Dans le deuxième mode de réalisation, sur une partie de son contour, la section de la cavité 14 vue dans tout plan de coupe P perpendiculaire à la direction de coulissement D du piston 15 présente une cavité 25 dirigée vers l'extérieur de la cavité 14, de sorte que la cavité 15 présente, sur un secteur angulaire donné compté autour d'un axe coïncidant avec ladite direction de coulissement D, un creux périphérique constitutif de la zone Z destinée à coïncider avec la bougie d'allumage.
La cavité 14 comprend de préférence des rayons de raccordement R3 entre les parois dudit creux périphérique formé par la cavité 25 et le reste de la cavité 14, notamment le fond 18 et les bords latéraux 22 de la cavité 14, présentent une valeur comprise entre 1 et 10 mm. Dans le deuxième mode de réalisation, il est donc avantageux de varier les valeurs de R3, les dimensions de l'ellipse de base suivant les grand et petit axes, et l'angle a, la valeur Ω, la forme de l'ellipse 23, la profondeur H, la forme de la cavité 25.
Lorsque le piston arrive en position haute dans la chambre, il reste un volume compris entre le toit de piston et la culasse, connu sous le nom de volume mort, qui permet le réglage du moteur. La valeur de Ω est de manière préférentielle modifiée pour permettre ce réglage.
De manière non illustrée, un moteur thermique à combustion interne, comprendra un bloc moteur délimitant au moins un cylindre à l'intérieur duquel coulisse un piston 15 muni d'un toit de piston 10 tel que décrit précédemment, une culasse 12 rapportée sur le bloc moteur de manière que la face supérieure 1 1 du toit de piston 10 tournée vers la culasse 12 et la culasse 12 elle-même délimitent respectivement les parties inférieure et supérieure d'une chambre de combustion 13. Le moteur thermique comprendra de préférence :
des lumières permettant l'admission des gaz d'admission, ménagées à proximité de la partie inférieure de la chambre de combustion 13 d'une manière telle que lesdites lumières ne sont découvertes par le piston 15 qu'à proximité du point mort bas du piston 15,
- au moins une ouverture d'échappement (obturée par ladite au moins soupape) des gaz de combustion délimitée au niveau de la partie supérieure de la chambre de combustion 13, notamment au niveau de culasse 12, et équipée du système de soupape 16,
une bougie d'allumage maintenue au niveau de la partie supérieure de la chambre de combustion 13, au niveau des éléments 19,
l'ensemble étant organisé d'une manière telle que, sous l'effet du déplacement du toit de piston 10 dans le sens allant vers la culasse 12 depuis le point mort bas du piston, ce sont les gaz d'admission admis à travers lesdites lumières qui poussent les gaz d'échappement résultant de l'explosion précédente ayant précédemment provoqué le déplacement du piston 15 vers son point mort bas, formant un moteur thermique à combustion interne à deux temps de type équicourant.
L'admission des gaz se pratique par des lumières ménagées dans le bas de la chambre de combustion 13, dans le cylindre du bloc moteur. Elles sont découvertes par le piston 15 uniquement à proximité du point mort bas du piston. En dehors de cette position du piston 15 vers le point mort bas, les parois latérales du piston 15 obturent ces lumières et bloquent l'admission.
Que ce soit dans les premier et deuxième modes de réalisation, la forme du trapèze de base et son positionnement par rapport à la direction de coulissement D et la forme de l'ellipse de base et son positionnement par rapport à la direction de coulissement D, sont adaptés de sorte que sous l'effet du déplacement du toit de piston 10 dans le sens allant vers la culasse 12 depuis le point mort bas du piston, les gaz d'admission et les gaz d'échappement poussés s'écoulent de manière tourbillonnaire autour de la direction D à la manière d'un mouvement « swirl ». L'écoulement du mélange carburé est plus précisément symbolisé par des flèches sur les figures 6 et 12. Il est vu que l'écoulement se pratique aisément vers une très grande majorité de la partie complémentaire 21 de la face supérieure 1 1 du toit de piston 10 située en dehors de la cavité 14. La solution décrite dans ce document permet aussi de réduire les zones de faible richesse du mélange gaz d'admission- carburant (repérées 26 sur les figures 2 et 8), tout en gardant au maximum les chasses et le dégagement de la bougie, importants pour la combustion.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Toit de piston (10) pour moteur thermique à combustion interne, comprenant une face supérieure (1 1 ) destinée à être tournée vers une culasse (12) aménagée en partie supérieure d'une chambre de combustion (13) délimitée dans sa partie inférieure par ledit toit de piston (10), ladite face supérieure (1 1 ) comprenant une cavité (14) caractérisé en ce que ladite cavité (14) présente une forme telle qu'en tout point de la profondeur (H) de la cavité (14), la cavité (14) présente, dans un plan de coupe (P) perpendiculaire à la direction de coulissement (D) du piston (15) équipé dudit toit de piston (10) par rapport au cylindre du moteur, une section ayant un contour de forme non circulaire.
2. Toit de piston selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la forme de la section comprend un évasement.
3. Toit de piston (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que sur tout ou partie du contour de forme non circulaire, la forme adoptée par la section est une forme prismatique à base trapézoïdale dont les segments rectilignes sont raccordés deux à deux par des congés de raccordement (R1 ) courbes.
4. Toit de piston (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rayon desdits congés de raccordement (R1 ) est compris entre 1 et 10 mm.
5. Toit de piston (10) selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le fond (18) de la cavité (14) est globalement plan et orienté spatialement de sorte à former un angle (β) compris entre 0 et 30° avec le plan (P) perpendiculaire à la direction de coulissement (D) du piston (15), la zone du fond (18) présentant la plus grande profondeur pour la cavité (14) correspondant à une zone (Z) destinée à coïncider avec une bougie d'allumage.
6. Toit de piston (10) selon la revendication 5, caractérisé en ce que la zone (Z) destinée à coïncider avec la bougie d'allumage est située le long de la petite base (20) du trapèze.
7. Toit de piston (10) selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'en allant de la partie complémentaire (21 ) de la surface supérieure (1 1 ) du toit de piston (10) située en dehors de la cavité (14) vers le fond (18) de la cavité (14), les bords latéraux (22) de la cavité (14) présentent une forme évasée suivant la direction de coulissement (D) du piston (15) s'évasant progressivement en s'approchant de la culasse (12), et en ce que les rayons de raccordement (R2) entre lesdits bords latéraux (22) de la cavité (14) et d'une part ledit fond (8) de la cavité (14) et d'autre part ladite partie complémentaire (21 ) présentent une valeur comprise entre 10 et 100 mm.
8. Toit de piston (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que sur tout ou partie du contour de forme non circulaire, la forme adoptée par la section est une forme elliptique.
9. Toit de piston (10) selon la revendication 8, caractérisé en ce que la cavité (14) est conformée spatialement de manière que dans un plan de coupe incluant la direction de coulissement (D) du piston (15), la cavité (14) présente une section ayant un contour ayant la forme d'un arc elliptique correspondant à une partie d'une ellipse (23) dont le grand axe (24) est parallèle au plan général de la partie complémentaire (21 ) de la surface supérieure (1 1 ) du toit de piston (10) située en dehors de la cavité (14) et situé au-dessus, la distance (Ω) séparant ledit grand axe (24) et ledit plan général étant compris entre 0 et 40 mm.
10. Toit de piston (10) selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que sur une partie de son contour, la section de la cavité (14) vue dans tout plan de coupe (P) perpendiculaire à la direction de coulissement (D) du piston (15) présente une cavité (25) dirigée vers l'extérieur de la cavité (14), de sorte que la cavité (14) présente, sur un secteur angulaire donné compté autour d'un axe coïncidant avec ladite direction de coulissement (D), un creux périphérique constitutif de la zone (Z) destinée à coïncider avec la bougie d'allumage.
1 1 . Toit de piston (10) selon la revendication 10, caractérisé en ce que la cavité (14) comprend des rayons de raccordement (R3) entre les parois dudit creux périphérique et le reste de la cavité (14), notamment le fond (18) et les bords latéraux (22) de la cavité (14), présentent une valeur comprise entre 1 et 10 mm.
12. Moteur thermique à combustion interne, comprenant un bloc moteur délimitant au moins un cylindre à l'intérieur duquel coulisse un piston (15) muni d'un toit de piston (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, une culasse (12) rapportée sur le bloc moteur de manière que la face supérieure (1 1 ) du toit de piston (10) tournée vers la culasse (12) et la culasse (12) elle-même délimitent respectivement les parties inférieure et supérieure d'une chambre de combustion (13).
13. Moteur thermique selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend :
des lumières permettant l'admission des gaz d'admission, ménagées à proximité de la partie inférieure de la chambre de combustion (13) d'une manière telle que lesdites lumières ne sont découvertes par le piston (15) qu'à proximité du point mort bas du piston (15),
au moins une ouverture d'échappement des gaz de combustion délimitée au niveau de la partie supérieure de la chambre de combustion (13), notamment au niveau de culasse, et équipée d'un système de soupape (16), une bougie d'allumage maintenue au niveau de la partie supérieure de la chambre de combustion (13),
l'ensemble étant organisé d'une manière telle que, sous l'effet du déplacement du toit de piston (10) dans le sens allant vers la culasse (12) depuis le point mort bas du piston (15), ce sont les gaz d'admission admis à travers lesdites lumières qui poussent les gaz d'échappement résultant de l'explosion précédente ayant précédemment provoqué le déplacement du piston (15) vers son point mort bas, formant un moteur thermique à combustion interne de type équicourant.
PCT/FR2015/050068 2014-01-24 2015-01-13 Toit de piston a cavite non circulaire WO2015110739A1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP15704333.2A EP3097286A1 (fr) 2014-01-24 2015-01-13 Toit de piston à cavité non circulaire
BR112016015966A BR112016015966A2 (pt) 2014-01-24 2015-01-13 topo de pistão, e, motor térmico de combustão interna

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1450618 2014-01-24
FR1450618A FR3016925A1 (fr) 2014-01-24 2014-01-24 Toit de piston a cavite non circulaire

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015110739A1 true WO2015110739A1 (fr) 2015-07-30

Family

ID=50424592

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2015/050068 WO2015110739A1 (fr) 2014-01-24 2015-01-13 Toit de piston a cavite non circulaire

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP3097286A1 (fr)
BR (1) BR112016015966A2 (fr)
FR (1) FR3016925A1 (fr)
WO (1) WO2015110739A1 (fr)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5918225A (ja) * 1982-07-21 1984-01-30 Isuzu Motors Ltd 直接噴射式デイ−ゼル機関のピストンヘツド構造
WO2001049996A1 (fr) * 1999-12-23 2001-07-12 Fev Motorentechnik Gmbh Moteur a combustion interne a pistons alternatifs avec injection directe du carburant par un injecteur place cote admission

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2785848B2 (ja) * 1989-07-12 1998-08-13 三菱電機株式会社 結晶基板の内部歪み測定方法
ES2151151T3 (es) * 1995-03-28 2000-12-16 Mitsubishi Motors Corp Motor de combustion interna del tipo de inyeccion en cilindro.
KR19990042831A (ko) * 1997-11-28 1999-06-15 정몽규 텀블용 직접 분사 엔진

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5918225A (ja) * 1982-07-21 1984-01-30 Isuzu Motors Ltd 直接噴射式デイ−ゼル機関のピストンヘツド構造
WO2001049996A1 (fr) * 1999-12-23 2001-07-12 Fev Motorentechnik Gmbh Moteur a combustion interne a pistons alternatifs avec injection directe du carburant par un injecteur place cote admission

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"SKEWED-SQUARE COMBUSTION BOWL IN THE PISTON OF A DIRECT-INJECTION RECIPROCATING ENGINE", RESEARCH DISCLOSURE, MASON PUBLICATIONS, HAMPSHIRE, GB, no. 316, 1 August 1990 (1990-08-01), pages 679, XP000141010, ISSN: 0374-4353 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP3097286A1 (fr) 2016-11-30
FR3016925A1 (fr) 2015-07-31
BR112016015966A2 (pt) 2018-05-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1068433B1 (fr) Moteur a combustion interne a allumage commande et a injection directe
EP3060774B1 (fr) Moteur à combustion à injection directe de combustible à allumage par compression et procédé d'injection de combustible pour un tel moteur
EP3408513A1 (fr) Moteur à combustion interne à taux de compression variable avec deux zones de mélange, notamment pour véhicule automobile et procédé d'injection pour un tel moteur
FR3016926A1 (fr) Moteur a combustion a injection directe de combustible et plus particulierement moteur a allumage par compression avec faible taux de compression
EP3117092A1 (fr) Moteur à combustion à injection directe de combustible à allumage par compression comprenant des moyens de refroidissement du piston
WO2005078270A1 (fr) Moteur a combustion interne a injection directe.
EP1861596B1 (fr) Moteur a combustion interne, notamment a injection directe, avec un piston muni d'un bol comprenant un teton
EP0997622B1 (fr) Moteur à combustion interne à allumage commandé et à injection directe comportant un piston perfectionné
EP3097286A1 (fr) Toit de piston à cavité non circulaire
EP1591642A1 (fr) Circuit d'admission comportant un orifice muni d'une entaille pour conférer un mouvement tourbillonnaire aux gaz admis
EP1025347A1 (fr) Moteur a injection directe et allumage commande
EP0921287B1 (fr) Moteur à combustion interne à allumage commandé et à injection directe
EP2212526A1 (fr) Culasse d'un moteur a combustion interne
EP1517016A1 (fr) Chambre de combustion destinée à réduire les émissions de suies
FR2912184A1 (fr) Moteur a combustion interne a injection directe
FR2913060A1 (fr) Dispositif d'admission pour un moteur a combustion interne et moteur a combustion interne comportant un tel dispositif
FR2933629A3 (fr) Procede de fabrication d'une culasse comprenant un conduit d'admission semi-usine et culasse correspondante
EP1596050A1 (fr) Moteur à combustion muni d'un piston concave cooperant avec une surface de chasse convexe de la culasse
EP3825537A1 (fr) Moteur a combustion interne avec piston comprenant une partie en saillie separant deux zones de combustion
FR2861431A1 (fr) Piston pour chambre de combustion a haute vitesse de combustion.
FR2976978A1 (fr) Piston pour chambre de combustion de moteur a combustion interne
WO2006092529A1 (fr) Moteur a combustion interne a recyclage des produits de combustion et a allumage a prechambre, procede de fonctionnement associe
FR2952127A1 (fr) Piston pour moteur a combustion interne et moteur comprenant un tel piston
FR2772074A1 (fr) Moteur a combustion interne a allumage commande et a injection directe
EP3409916A1 (fr) Piston de moteur thermique

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15704333

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2015704333

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2015704333

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: 112016015966

Country of ref document: BR

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 112016015966

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20160708