FR2835287A1 - Piston pour moteur a combustion interne et chambre de combustion associee - Google Patents
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Abstract
Piston (5) pour moteur à combustion interne à allumage par compression, le piston étant destiné à coulisser avec un mouvement alternatif dans un cylindre (2), caractérisé par le fait que le piston comprenant une face supérieure (27) pourvue d'une pluralité d'alvéoles (26) apte à coopérer à la formation d'une chambre de combustion, chaque alvéole (26) est formée selon un rayon du piston et suit la trajectoire d'un jet de carburant généré par un injecteur.
Description
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Piston pour moteur à combustion interne et chambre de combustion associée.
La présente invention concerne un piston pour moteur à combustion interne, et plus particulièrement un piston pour moteur à allumage par compression.
Un moteur à combustion interne comprend généralement un carter dans lequel est formé au moins un cylindre, une culasse fermant une extrémité supérieure du cylindre, et un piston destiné à coulisser avec un mouvement alternatif entre deux positions extrêmes dans le cylindre. La culasse comprend des moyens d'admission de gaz et d'injection de carburant entre le piston et la culasse. La culasse comprend également des moyens de refoulement du mélange du carburant et des gaz d'admission, après combustion du carburant. Le piston comprend sur une face supérieure orientée vers la culasse une cavité formant une paroi d'une chambre de combustion.
On cherche généralement à réduire la consommation en carburant du moteur, et à limiter l'émission de polluants tels que des hydrocarbures imbrûlés. Pour ce faire, on peut améliorer la combustion du carburant en agissant sur la qualité du mélange entre le carburant et les gaz d'admission, en créant entre autre un mélange localement le plus homogène possible.
Trois phénomènes principaux participent à la formation du mélange carburant/gaz d'admission. L'injection du carburant, permet de pulvériser le carburant en fines gouttelettes dans les gaz d'admission. Plus les gouttelettes sont fines, plus on peut obtenir un mélange localement homogène dans lequel une grande partie du carburant est directement en contact avec les gaz d'admission. L'interaction entre le jet de carburant, le mouvement des gaz d'admission favorise également le mélange.
L'interaction de ces deux mouvement peut permettre d'éviter qu'une grande quantité de carburant soit projeté contre la surface du piston, ce qui
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provoque une mauvaise combustion du mélange et des émissions d'hydrocarbures imbrûlés.
Un effet de chasse provoque également des mouvements d'air favorisant le mélange. Le mouvement de chasse est un mouvement d'air entrant ou sortant de la cavité formée sur la face supérieure du piston, lorsque le piston est proche de sa position extrême supérieure, appelée point mort haut, et vient à proximité de la culasse de sorte que le volume de la chambre de combustion est réduit.
Ainsi, afin d'améliorer la préparation du mélange entre le carburant et les gaz d'admission, il est souhaitable de créer des turbulence au niveau des jets de carburant afin d'accélérer l'évaporation du carburant et donc de permettre une meilleur utilisation de l'oxygène. Les turbulances sont également favorable au début de la combustion car elles accélèrent la propagation de la flamme.
L'invention propose un piston pour moteur à combustion interne permettant d'améliorer l'utilisation de l'oxygène présent dans le cylindre lors de la combustion de la charge carburée.
Ce but est atteint par un piston pour moteur à combustion interne à allumage par compression, le piston étant destiné à coulisser avec un mouvement alternatif dans un cylindre, caractérisé par le fait que le piston comprenant une face supérieure pourvue d'un téton central et d'une pluralité d'alvéoles apte à coopérer à la formation d'une chambre de combustion, chaque alvéole est formée selon un rayon du piston et suit la trajectoire d'un jet de carburant généré par un injecteur.
Selon une autre particularité de l'invention le piston (5) comprenant sur sa face supérieure entre chaque alvéole, un bossage de hauteur déterminée.
L'invention propose également une chambre de combustion pour moteur à allumage par compression comprenant le piston selon l'invention.
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La présente invention et ses avantages seront mieux compris à l'étude de la description détaillée de modes de réalisation pris à titre d'exemples non-limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 représente une vue en coupe du cylindre d'un moteur, comprenant un piston selon un aspect de l'invention, - la figure 2 représente une vue de dessus du piston selon un aspect de l'invention, - les figures 3A et 3B représentent respectivement une vue selon les coupes AA et BB de la figure 2, - la figure 4 représente une vue selon la coupe CC de la figure 2.
Sur la figure 1, un carter de moteur 1 comprend un cylindre 2 pourvu d'un alésage 3 et fermé à une extrémité supérieure par une culasse 4. Un piston 5 coulisse dans l'alésage 3 du cylindre 2, en formant entre la surface supérieure 6 du piston et la culasse 4, une chambre 7.
De façon connue en soit, la culasse 4 est dite en toit, c'est-à-dire que la partie supérieure de la chambre 7 délimitée par la culasse 4 est formée de deux plans sécants selon un angle déterminé.
La culasse 4 comprend des moyens d'admission de gaz d'admission formés par une conduite 8 débouchant dans la chambre 7 par deux ouvertures 9 formées dans un premier plan PI. Chaque ouverture comprend une soupape de commande 10 apte à être actionnée entre une position fermée d'obturation de l'ouverture 9 et une position ouverte d'admission des gaz. La soupape 10 comprend une tige de commande 11 et une tête d'obturation 12 de forme tronconique, dont la surface périphérique inclinée vient en contact avec une surface correspondante de l'ouverture 9 formant siège de soupape pour fermer l'ouverture 9.
La culasse 4 comprend des moyens de refoulement formés par une conduite d'échappement 13 débouchant dans la chambre 7 par deux ouvertures 14 formée dans le deuxième plan P2. Chaque ouverture 14 est
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apte à être fermée par une soupape de commande 15 comprenant une tige d'actionnement 16 et une tête d'obturation 17.
La culasse 4 comprend également un moyen d'injection de carburant formé par un injecteur 18 placé verticalement et sensiblement au centre de la chambre 7. L'injecteur reçoit à une entrée extérieure le carburant et possède à une extrémité en saillie dans la chambre 7 une tête d'injection 19 apte à pulvériser le carburant sous forme de fines gouttelettes dans la chambre 7 au moment approprié.
Lors de la rotation du vilebrequin du moteur, le piston 5 se déplace entre une position de point mort bas éloignée de la culasse 4, et une position de point mort haut proche de la culasse 4.
Le piston 5 comprend une tête 20 dont la surface supérieure 6 forme une paroi de la chambre 7, et une jupe 21 améliorant le guidage du piston en translation dans le cylindre 2.
L'invention va à présent être décrite en détail en référence aux figures 2 à 4. La surface 6 du piston 5 comprend un téton 21 central et une pluralité d'alvéoles 22 formées radialement par rapport au téton 21. Le piston 5 comprend autant d'alvéoles 22 que de jets 30 de carburant produits par l'injecteur 18. Selon les figures l'injecteur 18 utilisé est à trou.
La figure 2 représente schématiquement un exemple de réalisation dans lequel l'injecteur 18 est un injecteur à 10 trous. Les traits pointillés représentent l'axe des jets 30 de carburant.
Chaque alvéole 22 a pour fonction notamment de créer des microturbulences au voisinage du jet 30 de carburant favorable à la combustion et à la poste oxydation des suies.
Chaque alvéole 22 est formée par une cavité qui s'étend selon un rayon du piston 5 en suivant la trajectoire d'un jet 30 de l'injecteur. La section radiale de la cavité est sensiblement en forme de triangle. Le côté du triangle partant du centre du piston est sensiblement parallèle à l'axe médian du jet 30 de carburant tout en tenant compte de l'épanouissement
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radial du jet. Le côté opposé 222 du triangle rejoint la surface supérieure du piston 5 pour former un évasement par rapport à la périphérie du piston 5. La jonction entre ces deux côtés forme un arrondi. La longueur du premier coté 221 est telle que la zone la plus profonde de la cavité soit située sensiblement dans le tiers extérieur du piston 5. Cette forme d'alvéole 22 permet notamment au carburant vapeur puis aux suies d'être chassés vers le bord 23 du piston 5 et donc d'utiliser l'oxygène présent dans cette zone.
La hauteur du téton 21 est déterminée d'une part de façon à réduire la distance entre le nez de l'injecteur 18 et le téton 21 lorsque le piston 5 est au point mort haut et d'autre part pour obtenir le rapport volumétrique, et ainsi le taux de compression, souhaité.
De même, la profondeur de chaque cavité 22 est choisie par exemple pour préserver une distance de l'ordre de 2mm et par exemple compris entre 1,5 et 2,5mm, entre le fond de la cavité 22 et le jet 30 de carburant.
Entre chaque alvéole 22, la surface 6 du piston comprend un bossage 24. Ce bossage 24 a pour fonction de créer des micro-turbulences au voisinage du jet 30 de carburant. Selon le mode de réalisation représenté aux figures, le bossage 24 est centré sensiblement sur le milieu d'un rayon du piston 5. La bossage a par exemple une forme demi-cylindrique donc l'axe en parallèle au rayon. La hauteur du bossage 24 est ajustée de façon à obtenir le taux de compression souhaité. La base du bossage 24 vient se raccorder harmonieusement avec les deux alvéoles 22 adjacentes, avec le bord 23 du piston et avec le téton 21.
Quelle que soit la technologie employée, l'injecteur doit être positionné pour injecter le carburant de façon que chaque jet 30 soit projeté dans l'axe d'une alvéole 22.
Ainsi, le piston 5 selon l'invention associé à une culasse en toit permet d'une part de favoriser l'homogénéisation de la charge carburée et une meilleure oxydation et donc une diminution des suies. L'utilisation de cette réalisation particulière permet également d'obtenir une longueur
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importante pour les jets de carburant avant l'impact sur les parois du piston en conservant un taux de compression élevé. Cette forme de réalisation favorise également l'utilisation de l'oxygène présent en bord de cylindre en favorisant l'évacuation du carburant vapeur puis les suies dans cette zone.
Claims (9)
1. Piston (5) pour moteur à combustion interne à allumage par compression, le piston étant destiné à coulisser avec un mouvement alternatif dans un cylindre (2), caractérisé par le fait que le piston (5) comprend une face supérieure (6) pourvue d'un téton (21) central et d'une pluralité d'alvéoles (22) apte à coopérer à la formation d'une chambre de combustion, chaque alvéole (22) étant formé selon un rayon du piston et suivant la trajectoire d'un jet 30 de carburant généré par un injecteur 18.
2. Piston selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le piston (5) comprend sur sa face supérieure (6) entre chaque alvéole (22), un bossage (24) de hauteur déterminé.
3. Piston selon la revendication 2 caractérisé par le fait que le bossage (24) est centré sur le milieu d'un rayon du piston (5).
4. Piston selon la revendication 2 ou 3 caractérisé en ce que chaque bossage (24) est de forme demi-cylindrique dont l'axe est parallèle à un rayon du piston (5) et la hauteur de chaque bossage (24) est ajustée pour obtenir un taux de compression voulu.
5. Piston selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la forme et les dimensions de chaque alvéole (22) sont déterminées pour préserver une distance comprise entre 1, 5 et 2, 5mm entre la surface du piston (5) et le jet (30) de carburant.
6. Piston selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la zone la plus profonde de chaque alvéole (22) est située dans le tiers extérieur du piston (5).
7. Chambre de combustion d'un moteur à combustion à allumage par compression délimitée d'une part par une culasse (4), comprenant des moyens d'admission (8,10) et de refoulement (13, 15) des gaz dans une chambre (7) limitée par la culasse (4) et d'autre part par un piston (5) destiné à coulisser avec un mouvement alternatif dans le cylindre (2), caractérisée par le fait que le piston (5) est conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.
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8. Chambre de combustion selon la revendication 7, caractérisée par le fait que la culasse est en forme de toit.
9. Chambre de combustion selon la revendication 7 ou 8 caractérisée part le fait que la culasse (4) comprend un injecteur 18 placé au centre de la chambre de combustion et apte à générer une pluralité de jets (30) de carburant selon un angle déterminé de sorte que chaque jet (30) de carburant soit injecté dans un alvéole (22).
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