FR2868480A1 - Internal combustion engine e.g. direct injection engine, has piston with central cavity formed by upper and lower annular grooves that are separated by transom, where grooves are arranged for receiving respective fuel slicks - Google Patents
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Abstract
Description
MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A INJECTION DIRECTEINTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH DIRECT INJECTION
L'invention concerne un moteur à combustion interne et plus particulièrement un moteur à injection directe. La présente invention concerne plus particulièrement les moteurs du type à allumage par compression fonctionnant selon le cycle Diesel. The invention relates to an internal combustion engine and more particularly to a direct injection engine. The present invention more particularly relates to compression ignition type engines operating according to the Diesel cycle.
La présente invention concerne également un piston pour moteur à combustion interne pour réaliser un tel moteur. The present invention also relates to a piston for an internal combustion engine for producing such an engine.
On connaît, par exemple par les documents US 5 150 677 ou US 5 868 112, un moteur à injection directe de carburant comprenant un carter dans lequel sont disposés plusieurs cylindres, des pistons venant coulisser dans les cylindres et une culasse fermant l'extrémité supérieure du carter. US Pat. No. 5,150,677 or US Pat. No. 5,868,112 discloses a direct fuel injection engine comprising a casing in which several cylinders are arranged, pistons sliding in the cylinders and a cylinder head closing the upper end. crankcase.
La culasse comprend pour chaque cylindre: des conduits d'admission et d'échappement obturés sélectivement par au moins une (de préférence deux) soupape d'admission montée dans la culasse, au moins (de préférence deux) une soupape d'échappement montée dans la culasse. The cylinder head comprises for each cylinder: intake and exhaust ducts selectively closed by at least one (preferably two) intake valve mounted in the cylinder head, at least (preferably two) an exhaust valve mounted in the breech.
Un injecteur de carburant est également logé dans la culasse en regard de chacun des cylindres, cet injecteur débouchant dans la partie inférieure de la culasse en regard du cylindre, approximativement au centre de celuici. A fuel injector is also housed in the cylinder head facing each cylinder, this injector opening into the lower part of the cylinder head facing the cylinder, approximately in the center of it.
Les pistons sont conformés pour présenter sur leur face supérieure orientée vers la culasse, une cavité centrale en forme de bol profilé 30 entourée d'une zone de chasse annulaire. The pistons are shaped to have on their upper face facing the cylinder head, a central cavity shaped bowl 30 surrounded by an annular hunting area.
Pour chaque cylindre, la chambre de combustion de ce type de moteur est ainsi formée par la surface de la culasse en regard du cylindre, la paroi supérieure cylindrique du carter orientée vers la culasse et la surface supérieure du piston. For each cylinder, the combustion chamber of this type of engine is thus formed by the surface of the cylinder head facing the cylinder, the cylindrical upper wall of the housing facing the cylinder head and the upper surface of the piston.
De la forme de cette chambre de combustion dépend la qualité de la préparation du mélange carburé et de là, la qualité de la combustion. Cette forme est donc soigneusement étudiée notamment vis-à-vis du jet de carburant injecté et du positionnement des soupapes d'admission et d'échappement. The shape of this combustion chamber depends on the quality of the preparation of the fuel mixture and hence the quality of the combustion. This form is therefore carefully studied especially vis-à-vis the jet of fuel injected and the positioning of the intake and exhaust valves.
De très nombreuses formes de profil du bol ménagé dans la tête du piston ont été proposées tant dans le but d'améliorer les performances du piston que dans celui de limiter les émissions de fumées liées à une mauvaise élimination des suies. Many forms of profile of the bowl formed in the piston head have been proposed both for the purpose of improving the performance of the piston as in that of limiting fume emissions related to poor removal of soot.
D'une manière générale, les chambres de combustion Diesel à injection directe sous haute pression ou common rail utilisées actuellement, présentent les traits suivants: - le bol du piston est axisymétrique et d'axe vertical: il comporte une partie centrale ou téton surélevée se raccordant à une paroi latérale ou extérieure qui peut être verticale ou comporter une concavité. La partie centrale peut être en forme de cône d'angle alpha, comme montré dans les brevets mentionnés ci-dessus; exceptionnellement, la partie latérale peut être évasée, comme montré dans les brevets US4662319, US4161165 ou US4242948, mais la préférence va généralement à une forme concave - l'injecteur envoie plusieurs jets (au moins quatre) de carburant sous haute pression (une pression supérieure à 600 bars) disposés sur un cône d'angle bêta, appelé angle de nappe, et d'axe coïncidant avec l'axe du bol, ce dispositif d'injection de carburant dans la chambre de combustion présente traditionnellement une unique nappe de jets de carburant; - l'injection principale se fait près du point mort haut (PMH), c'est-à- dire près du plan de la culasse; - les axes de carburant intersectent la paroi extérieure du bol lorsque le piston est au point mort haut, comme on le voit par exemple sur les figures du document US4635597, et il en résulte un mouvement tourbillonnaire d'axe horizontal destiné à dévier le mélange d'abord vers le bas puis le centre du bol. In general, the diesel injection chambers with direct injection under high pressure or common rail currently used, have the following features: - The piston bowl is axisymmetric and vertical axis: it has a central part or raised nipple is connecting to a side or exterior wall which may be vertical or have a concavity. The central portion may be alpha corner cone shaped, as shown in the patents mentioned above; exceptionally, the lateral part may be flared, as shown in patents US4662319, US4161165 or US4242948, but the preference generally goes to a concave shape - the injector sends several jets (at least four) of fuel under high pressure (a higher pressure at 600 bars) arranged on a cone of beta angle, called the lap angle, and axis coinciding with the axis of the bowl, this fuel injection device in the combustion chamber traditionally has a single layer of jet of fuel; - The main injection is near the top dead center (TDC), that is to say close to the plane of the cylinder head; the fuel shafts intersect the outer wall of the bowl when the piston is at the top dead center, as can be seen for example in the figures of document US Pat. No. 4,635,597, and the result is a vortex movement of horizontal axis intended to deflect the mixture of first down then the center of the bowl.
On pensait généralement que cette technique antérieure était globalement satisfaisante. Cependant, des études plus approfondies du déroulement de la combustion ont permis à la Demanderesse de constater une utilisation incomplète du volume de la cavité par la combustion à haut régime: de l'oxygène reste non utilisé, ce qui dégrade la combustion et les émissions polluantes ou encore dégrade les performances pour un même niveau d'émissions de polluants. Par ailleurs, même à faible régime, il existe un risque de confinement de la combustion dans la cavité et de mauvaise utilisation de la zone du cylindre lorsque le piston descend. It was generally believed that this prior art was generally satisfactory. However, further studies of the course of the combustion have allowed the Applicant to note an incomplete use of the volume of the cavity by the high-speed combustion: oxygen remains unused, which degrades combustion and polluting emissions or even degrades performance for the same level of pollutant emissions. Moreover, even at low speed, there is a risk of confinement of combustion in the cavity and misuse of the cylinder area when the piston goes down.
Il est possible d'améliorer la répartition du carburant dans la chambre de combustion en utilisant un injecteur ayant la particularité de permettre la création de deux nappes de jets de carburant (au moins quatre par nappe), appelé injecteur bi-nappe. It is possible to improve the distribution of fuel in the combustion chamber by using an injector having the particularity of allowing the creation of two plies of fuel jets (at least four per ply), called bi-layer injector.
On pourra se référer aux références WO0242631, DE10058153, pour une description de ces injecteurs. Ce type d'injecteur permet d'injecter le carburant dans la chambre de combustion sélectivement ou cumulativement selon une première nappe dite nappe à angle ouvert et une seconde nappe dite nappe à angle resserré . Reference can be made to references WO0242631, DE10058153, for a description of these injectors. This type of injector makes it possible to inject the fuel into the combustion chamber selectively or cumulatively in a first so-called open-angle ply web and a second so-called narrow-angle ply web.
L'injecteur bi-nappe permet un fonctionnement avec une seule nappe (de préférence la nappe 1) principalement en charge partielle (ou point de fonctionnement moteur faiblement chargé) et ainsi autorise l'utilisation d'une faible perméabilité afin d'apporter un gain en terme d'émission de polluants. Dans un second type de fonctionnement, principalement à haut régime et forte charge, les deux nappes de l'injecteur sont ouvertes et permettent d'améliorer les performances du moteur. The bi-layer injector allows operation with a single sheet (preferably the sheet 1) mainly in partial load (or engine operating point lightly loaded) and thus allows the use of a low permeability to provide a gain in terms of pollutant emissions. In a second type of operation, mainly at high speed and high load, the two sheets of the injector are open and can improve the performance of the engine.
L'invention proposée consiste donc à proposer dans le cadre d'un moteur équipé d'injecteur bi-nappes, une forme optimisée de la cavité ménagée dans le piston adaptée tout à la fois à un fonctionnement de l'injecteur avec les deux nappes ouvertes (point de fonctionnement fortement chargé) et à un fonctionnement mono-nappe à faible charge. The proposed invention thus consists in proposing, in the context of an engine equipped with a bi-layer injector, an optimized shape of the cavity formed in the piston adapted both to an operation of the injector with the two open webs. (Highly loaded operating point) and single-layer low-load operation.
L'invention a pour but d'améliorer le fonctionnement et les performances d'un moteur, par une utilisation optimale du volume de la cavité à tous les régimes. L'invention consiste plus précisément à optimiser la forme de la cavité pour permettre une répartition optimum du carburant issu d'un injecteur bi-nappe. The object of the invention is to improve the operation and performance of an engine by optimally using the volume of the cavity at all speeds. The invention more precisely to optimize the shape of the cavity to allow optimum distribution of fuel from a bi-nappe injector.
Le moteur à combustion interne selon l'invention comprend un carter comportant un alésage cylindrique, une culasse, un piston logé dans l'alésage, un injecteur de carburant piloté par des moyens électroniques de contrôle. The internal combustion engine according to the invention comprises a housing having a cylindrical bore, a cylinder head, a piston housed in the bore, a fuel injector controlled by electronic control means.
Selon l'invention ce moteur est caractérisé en ce que l'injecteur est adapté pour injecter le carburant selon une première et/ou une seconde nappe distincte et en ce que le piston comporte une cavité destinée ä coopérer avec ces nappes lors du passage du piston au voisinage du point mort haut, la cavité étant conformée de façon à présenter une gorge annulaire inférieure et une gorge annulaire supérieure, ces gorges étant séparées par un redan, la gorge inférieure étant agencée pour recevoir la seconde nappe et ladite gorge supérieure étant agencée pour recevoir la première nappe. According to the invention this engine is characterized in that the injector is adapted to inject the fuel in a first and / or a second separate ply and in that the plunger comprises a cavity intended to cooperate with these plies during the passage of the piston. in the vicinity of the top dead center, the cavity being shaped so as to have a lower annular groove and an upper annular groove, these grooves being separated by a step, the lower groove being arranged to receive the second layer and said upper groove being arranged to receive the first tablecloth.
Selon une autre caractéristique du moteur objet de l'invention, les première et seconde nappes sont sensiblement coniques et sensiblement coaxiales, la première nappe enveloppant la seconde nappe. According to another characteristic of the engine that is the subject of the invention, the first and second plies are substantially conical and substantially coaxial, the first ply enveloping the second ply.
Selon une autre caractéristique du moteur objet de l'invention, le sommet de la première nappe s'étend à une distance du plan de joint de la culasse sensiblement inférieure à la distance séparant le sommet de ladite seconde nappe audit plan de joint de la culasse. According to another characteristic of the engine which is the subject of the invention, the top of the first ply extends at a distance from the joint plane of the yoke substantially less than the distance separating the top of said second ply to said joint plane of the bolt .
Selon une autre caractéristique du moteur objet de l'invention, la première nappe présente un angle au sommet compris entre 140 et 175 et en ce que ladite seconde nappe présente un angle au sommet compris entre 90 et 160 . According to another characteristic of the engine which is the subject of the invention, the first ply has an apex angle of between 140 and 175 and in that said second ply has an apex angle of between 90 and 160.
Selon une autre caractéristique du moteur objet de l'invention, la cavité ménagée dans le piston comporte une paroi de fond présentant une protubérance centrale faisant face à l'injecteur. According to another characteristic of the engine according to the invention, the cavity formed in the piston comprises a bottom wall having a central protuberance facing the injector.
Selon une autre caractéristique du moteur objet de l'invention, la protubérance centrale est de forme sensiblement conique et la protubérance centrale est agencée de façon à pouvoir être balayée par la seconde nappe. According to another characteristic of the engine which is the subject of the invention, the central protuberance is of substantially conical shape and the central protuberance is arranged so that it can be swept by the second ply.
Selon une autre caractéristique du moteur objet de l'invention, la cavité ménagée dans le piston comporte un second redan s'étendant au voisinage de l'ouverture de la cavité, le second redan étant agencé de façon à pouvoir être impacté par la première nappe. According to another characteristic of the engine which is the subject of the invention, the cavity formed in the piston comprises a second step extending in the vicinity of the opening of the cavity, the second redan being arranged so as to be able to be impacted by the first layer. .
2868480 6 Selon une autre caractéristique du moteur objet de l'invention, la gorge supérieure est prolongée en direction de l'ouverture de la cavité par une paroi évasée destinée à être impactée par la première nappe. According to another characteristic of the engine object of the invention, the upper groove is extended towards the opening of the cavity by a flared wall intended to be impacted by the first ply.
Selon une autre caractéristique du moteur objet de l'invention, la cavité ménagée dans le piston satisfait la relation: 0.4 < H / Hbol < 0.8; avec Hbol: profondeur maximale de la cavité (22) et, H: profondeur du premier redan (R2). According to another characteristic of the engine which is the subject of the invention, the cavity formed in the piston satisfies the relationship: 0.4 <H / Hbol <0.8; with Hbol: maximum depth of the cavity (22) and, H: depth of the first step (R2).
Selon une autre caractéristique du moteur objet de l'invention, la cavité ménagée dans le piston satisfait la relation: 5% < (max (Dbol1, Dbol2) Dcol2)/ max (Dboll, Dbol2) < 9%, avec Dbol 1: diamètre maximal de la gorge annulaire inférieure (26) ; Dbol2: diamètre maximal de la gorge annulaire supérieure (25) ; Dcol2: diamètre minimal au niveau du premier redan (R2) La présente invention et ses avantages seront mieux compris à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente une vue en coupe schématique et partielle d'un moteur à combustion interne; - les figures 2, 3a et 3b représentent une vue en coupe schématique et 25 partielle d'un injecteur bi-nappe; - les figures 4a et 4b représentent une vue partielle en coupe axiale précisant deux modes de réalisation de la forme d'un piston selon l'invention; - les figures 5a et 5b représentent des vues de détail des deux modes de réalisation du piston représentés respectivement aux figures 4a et 4b précisant les zones d'impact des jets de carburant, lorsque le piston se trouve au voisinage du point mort haut. According to another characteristic of the engine which is the subject of the invention, the cavity formed in the piston satisfies the relationship: 5% <(max (Dbol1, Dbol2) Dcol2) / max (Dboll, Dbol2) <9%, with Dbol 1: diameter maximum of the lower annular groove (26); Dbol2: maximum diameter of the upper annular groove (25); Dcol2: minimum diameter at the first step (R2) The present invention and its advantages will be better understood from the study of the detailed description of an embodiment given by way of non-limiting example and illustrated by the accompanying drawings, in which: - Figure 1 shows a schematic and partial sectional view of an internal combustion engine; FIGS. 2, 3a and 3b show a diagrammatic and partial sectional view of a bi-nappe injector; - Figures 4a and 4b show a partial view in axial section specifying two embodiments of the form of a piston according to the invention; - Figures 5a and 5b show detailed views of the two embodiments of the piston shown respectively in Figures 4a and 4b specifying the impact zones of the fuel jets, when the piston is in the vicinity of the top dead center.
Sur la figure 1, le carter du moteur 1 selon l'invention comprend un cylindre 2 pourvu d'un alésage 3. Le cylindre 2 est fermé à son extrémité supérieure par une culasse 4 surmontant ledit carter. Un piston 5 est monté coulissant dans l'alésage 3 du cylindre 2. Entre la surface supérieure 6 du piston 5, le haut de l'alésage 3 et la surface inférieure en regard de la culasse 4, se trouve délimitée une chambre de combustion 7. In Figure 1, the housing of the engine 1 according to the invention comprises a cylinder 2 provided with a bore 3. The cylinder 2 is closed at its upper end by a yoke 4 overlying said housing. A piston 5 is slidably mounted in the bore 3 of the cylinder 2. Between the upper surface 6 of the piston 5, the top of the bore 3 and the lower surface opposite the cylinder head 4, there is a combustion chamber 7. .
La culasse 4 comprend des moyens d'admission de gaz d'admission formés par au moins un conduit 8 débouchant dans le toit de la chambre 7 par une ouverture 9 coopérant avec 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. The yoke 4 comprises admission gas intake means formed by at least one duct 8 opening into the roof of the chamber 7 through an opening 9 cooperating with a control valve 10 adapted to be actuated between a closed position of closing the opening 9 and an open position of admission of the gases. The valve 10 comprises a control rod 11 and a frustoconical shutter head 12 whose inclined peripheral surface comes into contact with a corresponding surface of the valve seat opening 9 to close the opening 9.
La culasse 4 comprend des moyens d'échappement des gaz brûlés formés par au moins un conduit d'échappement 13 débouchant dans le toit de la chambre 7 par une ouverture 14 apte à être fermée par une soupape de commande 15 comprenant une tige d'actionnement 16 et une tête d'obturation 17. The yoke 4 comprises means for exhausting the flue gases formed by at least one exhaust duct 13 opening into the roof of the chamber 7 through an opening 14 adapted to be closed by a control valve 15 comprising an actuating rod 16 and a sealing head 17.
La culasse 4 comprend également un moyen d'injection de carburant formé par un injecteur 18 piloté recevant à une entrée extérieure le carburant sous une pression adaptée et possédant 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 déterminé par le système de contrôle moteur non figuré, lequel pilote notamment l'instant d'injection et la durée d'injection (c'est-à-dire la quantité injectée). The yoke 4 also comprises a fuel injection means formed by a controlled injector 18 receiving at an external inlet the fuel under a suitable pressure and having at one end projecting into the chamber 7 an injection head 19 adapted to spray the fuel. fuel in the form of fine droplets in the chamber 7 at the appropriate time determined by the engine control system not shown, which in particular pilot the injection time and the duration of injection (that is to say, the amount injected) .
Le piston 5 comprend une tête 20 dont la surface supérieure 6 en regard de la culasse forme la paroi inférieure de la chambre 7, et une jupe 21 assurant le guidage du piston en translation dans le cylindre 2. Le piston 5 comprend également une patte de fixation comprenant un axe sur lequel est fixée la tête d'une bielle permettant de transformer le mouvement de translation du piston 5 en mouvement de rotation d'un vilebrequin, non représentés sur la figure 1. The piston 5 comprises a head 20 whose upper surface 6 facing the yoke forms the bottom wall of the chamber 7, and a skirt 21 for guiding the piston in translation in the cylinder 2. The piston 5 also comprises a tab of fixing comprising an axis on which is fixed the head of a connecting rod for converting the translational movement of the piston 5 into rotational movement of a crankshaft, not shown in Figure 1.
Lors de la rotation du vilebrequin du moteur, le piston 5 se déplace entre une position de point mort bas, ou PMB, éloignée de la culasse 4, et une position de point mort haut, ou PMH, proche de la culasse 4. During the rotation of the crankshaft of the engine, the piston 5 moves between a position of bottom dead center, or PMB, remote from the cylinder head 4, and a position of top dead center, or TDC, close to the cylinder head 4.
En se reportant aux figures 2, 3a et 3b, on a détaillé la tête d'injection 19 de l'injecteur central de carburant 18. Referring to FIGS. 2, 3a and 3b, the injection head 19 of the central fuel injector 18 has been detailed.
Cette tête d'injection 19 de type bi-nappe présente une première série de trous 191 destinés à produire une première nappe conique de carburant N1, d'angle au sommet béta1. Cette nappe N1 est formée, par exemple, par au moins quatre trous et donc quatre jets de carburant. This injection head 19 of bi-sheet type has a first series of holes 191 for producing a first conical N1 fuel fillet, beta angle apa1. This sheet N1 is formed, for example, by at least four holes and therefore four jets of fuel.
La tête d'injection 19 de type bi-nappe présente une seconde série de trous 192, ménagés sous les trous de la première nappe en direction du piston. Cette seconde série de trous étant destinés à produire une seconde nappe conique de carburant N2, d'angle au sommet béta2. Cette nappe N2 est formée, par exemple, par au moins quatre trous et donc quatre jets de carburant. The injection head 19 of bi-sheet type has a second series of holes 192, formed under the holes of the first sheet in the direction of the piston. This second series of holes being intended to produce a second conical layer of fuel N2, with an angle at the top beta2. This sheet N2 is formed, for example, by at least four holes and therefore four jets of fuel.
La première nappe N1 a un angle au sommet beta 1 compris entre 140 et 175 , et le point de concours de ses jets est situé à une distance D21 du plan de joint de la culasse 4. La seconde nappe N2 a un angle au sommet beta2 compris entre 90 et 150 degrés, et le point de concours de ses jets est situé à une distance D22 du plan de joint de la culasse 4. Les distances D21 et D22 sont dépendantes de la géométrie de l'injecteur et de son implantation dans la culasse, D21 demeurant toutefois sensiblement inférieure à la distance D22. The first ply N1 has an angle at the apex beta 1 between 140 and 175, and the point of concurrence of its jets is located at a distance D21 from the joint plane of the yoke 4. The second ply N2 has a vertex angle beta2 between 90 and 150 degrees, and the point of competition of its jets is located at a distance D22 from the joint plane of the cylinder head 4. The distances D21 and D22 are dependent on the geometry of the injector and its location in the However, cylinder head D21 remains substantially less than distance D22.
Il existe différentes possibilités de disposer les trous 191 de la première nappe N1 et les trous 192 de la seconde nappe N2, les uns par rapport aux autres. Une première réalisation représentée à la figure 3a consiste à disposer les trous de telle façon à ce que les jets soient superposés. Dans un deuxième mode de réalisation représentée à la figure 3b, les trous sont disposés en quinconce. There are different possibilities to arrange the holes 191 of the first ply N1 and the holes 192 of the second ply N2, relative to each other. A first embodiment shown in Figure 3a is to arrange the holes so that the jets are superimposed. In a second embodiment shown in Figure 3b, the holes are arranged in staggered rows.
L'injecteur 18 est conformé pour pouvoir être sélectivement piloté par le système de contrôle moteur pour opérer l'injection de carburant selon l'une et/ ou l'autre des nappes N1, N2 et ce, selon le point de fonctionnement du moteur. Ainsi à forte charge, le carburant est injecté simultanément via les deux nappes N1 et N2, alors qu'en charge partielle, le carburant est injecté sous la forme de la seule nappe N1. The injector 18 is shaped to be selectively controlled by the engine control system to operate the fuel injection according to one and / or other of the plies N1, N2 and according to the point of operation of the engine. Thus at high load, the fuel is injected simultaneously via the two sheets N1 and N2, while in partial load, the fuel is injected in the form of the single sheet N1.
En se reportant aux figures 4a et 4b, la surface supérieure 6 du piston 5 comprend une cavité centrale 22. Dans les exemples illustrés, cette cavité 22 est entourée d'une zone de chasse 23 circulaire sensiblement plate faisant face à la surface inférieure correspondante de la culasse 4. Cette zone de chasse présentée s'étendant perpendiculairement à l'axe du piston pourrait bien évidemment ne pas l'être. Referring to FIGS. 4a and 4b, the upper surface 6 of the piston 5 comprises a central cavity 22. In the illustrated examples, this cavity 22 is surrounded by a substantially flat circular hunting zone 23 facing the corresponding lower surface. the cylinder head 4. This hunting zone presented extending perpendicular to the axis of the piston could obviously not be.
Dans le mode de réalisation de la figure 4a, pris à titre d'exemple nullement limitatif, la cavité centrale 22 est symétrique de révolution selon l'axe principal du piston 5. Cette cavité 22 est formée à partir de son ouverture d'une paroi bombée en redan R1, d'une gorge annulaire encore appelée gorge supérieure, puis d'une autre gorge annulaire 26 encore appelée gorge inférieure, les deux gorges annulaires étant séparées par une deuxième paroi bombée R2 en redan, et enfin d'une paroi de fond comportant en saillie une protubérance centrale 28. In the embodiment of Figure 4a, taken by way of non-limiting example, the central cavity 22 is symmetrical in revolution along the main axis of the piston 5. This cavity 22 is formed from its opening of a wall curved redan R1, an annular groove also called upper groove, then another annular groove 26 also called lower groove, the two annular grooves being separated by a second curved wall R2 in redan, and finally a wall of protruding bottom having a central protuberance 28.
Dans le mode de réalisation de la figure 4b, pris à titre d'exemple nullement limitatif, la cavité centrale 22 est symétrique de révolution selon l'axe principal du piston 5, et comprend une ouverture 24, une paroi latérale évasée E, deux gorges annulaires 25 et 26, séparées par une paroi bombée R2 en redan et une paroi de fond comportant en saillie une protubérance centrale 28. In the embodiment of Figure 4b, taken by way of non-limiting example, the central cavity 22 is symmetrical in revolution along the main axis of the piston 5, and comprises an opening 24, a flared side wall E, two grooves annular 25 and 26, separated by a bulging wall R2 in redan and a bottom wall having a projecting central protuberance 28.
La protubérance centrale 28 commune aux deux modes de réalisation est, par exemple, de forme conique et son sommet arrondi est conformé pour se trouver à une distance D 1 (généralement entre 4mm et 6mm) du plan de joint de la culasse 4 lorsque le piston 5 est au PMH. Cette protubérance centrale 28 conique est adaptée pour avoir un angle au sommet sensiblement voisin de béta2, l'angle au sommet de la seconde nappe N2, et un positionnement adapté pour que la seconde nappe N2 vienne le balayer et soit ainsi dirigée vers le fond de la gorge 26. The central protrusion 28 common to both embodiments is, for example, conically shaped and its rounded top is shaped to be at a distance D 1 (generally between 4mm and 6mm) of the joint plane of the cylinder head 4 when the piston 5 is at the PMH. This conical central protrusion 28 is adapted to have an apex angle substantially close to beta 2, the apex angle of the second ply N 2, and a positioning adapted for the second ply N 2 to come and sweep it and thus be directed towards the bottom of the throat 26.
Dans le premier mode de réalisation, le redan R1 est positionné pour recevoir la première nappe N1 tandis que le deuxième mode de réalisation, décrit à la figure 4b, c'est la paroi évasée E qui reçoit la nappe N1. In the first embodiment, the redan R1 is positioned to receive the first web N1 while the second embodiment, described in Figure 4b, is the flared wall E which receives the web N1.
Dans le premier mode de réalisation représenté sur les figures 4a et 5a, les diamètres maximaux de la cavité 22 sont définis respectivement par les grandeurs Dbol1 au droit de la gorge annulaire supérieure 25, et Dbo12 au droit de la gorge annulaire inférieure 26, les diamètres minimaux sont respectivement définis par les grandeurs Dcol 1 au niveau du redan R1 et Dco12 au niveau du redan R2. Hbol représente la profondeur maximale de la cavité 22 par rapport à l'ouverture 24. Enfin, H représente la profondeur du redan R2 par rapport à l'ouverture 24. In the first embodiment shown in FIGS. 4a and 5a, the maximum diameters of the cavity 22 are respectively defined by the sizes Dbol1 at the right of the upper annular groove 25, and Dbo12 at the right of the lower annular groove 26, the diameters The minimum values are respectively defined by the variables Dcol 1 at the level of the redan R1 and Dco12 at the level of the redan R2. Hbol represents the maximum depth of the cavity 22 with respect to the opening 24. Finally, H represents the depth of the step R2 relative to the opening 24.
Dans le second mode de réalisation représenté sur les figures 4b et 5b, le diamètre maximal de la cavité 22 au droit de la gorge annulaire inférieure 26 est défini par la grandeur Dbol2, le diamètre minimal de la cavité 22 est défini par la grandeur Dcol2 au niveau du redan R2, le diamètre maximal de la cavité 22 au droit de la gorge annulaire supérieure 25 est défini par la grandeur Dbol l, et theta représente l'angle que fait la paroi évasée E avec la verticale. Hbol représente la profondeur maximale de la cavité 22 par rapport à l'ouverture 24. Enfin, H représente la profondeur du redan R2 par rapport à l'ouverture 24. In the second embodiment shown in Figures 4b and 5b, the maximum diameter of the cavity 22 at the lower annular groove 26 is defined by the size Dbol2, the minimum diameter of the cavity 22 is defined by the size Dcol2 at level of the redan R2, the maximum diameter of the cavity 22 to the right of the upper annular groove 25 is defined by the size Dbol l, and theta represents the angle made by the flared wall E with the vertical. Hbol represents the maximum depth of the cavity 22 with respect to the opening 24. Finally, H represents the depth of the step R2 relative to the opening 24.
En se reportant aux figures 4a et 4b, on voit l'interaction des deux nappes de carburant N1 et N2 et de la cavité 22. Cette situation correspond à un fonctionnement à forte charge où la quantité de carburant injectée est la plus importante et où le carburant se trouve injecté à travers les deux nappes N1 et N2, en configuration superposée. Referring to Figures 4a and 4b, we see the interaction of the two fuel plies N1 and N2 and the cavity 22. This situation corresponds to a high load operation where the amount of fuel injected is the largest and where the fuel is injected through the two layers N1 and N2, in superimposed configuration.
Pour favoriser la préparation du mélange air/carburant nécessaire au bon déroulement de la combustion, il est important que la nappe N2 remplisse bien la gorge annulaire inférieure 26 où s'opère le mélange air/ carburant et n'interfère pas directement avec la nappe N1. Il est par ailleurs important que la nappe N1 soit bien répartie à la fois vers la zone de chasse et vers le centre de la chambre de combustion 7. In order to promote the preparation of the air / fuel mixture necessary for the smooth running of the combustion, it is important that the sheet N2 fills the lower annular groove 26 where the air / fuel mixture takes place and does not interfere directly with the sheet N1. . It is also important that the sheet N1 is well distributed both to the hunting zone and to the center of the combustion chamber 7.
Dans le mode de réalisation présenté à la figure 4a, cette répartition est assurée par le redan arrondi supérieur R1 qui reçoit la nappe N1 et limite la pénétration de la nappe N1 en direction de la cavité annulaire supérieure 25. In the embodiment shown in FIG. 4a, this distribution is ensured by the upper rounded step R1 which receives the sheet N1 and limits the penetration of the sheet N1 towards the upper annular cavity 25.
Dans le mode de réalisation présenté à la figure 4b, cette répartition est assurée par la paroi évasée E qui trouve particulièrement sa justification lorsque le piston redescend, favorisant ainsi l'évacuation du carburant vers les zones de chasse. In the embodiment shown in Figure 4b, this distribution is provided by the flared wall E which is particularly justified when the piston back down, thereby promoting the evacuation of fuel to the hunting areas.
Afin de bien optimiser cette répartition de carburant dans un fonctionnement en bi-nappe, il est nécessaire de faire en sorte que le rapport entre le diamètre du bol Dbo12 au droit de la gorge annulaire inférieure 26 et sa profondeur Hbol soit bien proportionné, c'est-à-dire que le rapport Dbol2/Hbol soit compris entre 2,8 et 3,6. In order to optimize this distribution of fuel in a bilayer operation, it is necessary to ensure that the ratio between the diameter of the bowl Dbo12 to the right of the lower annular groove 26 and its depth Hbol is well proportioned, that is, the Dbol2 / Hbol ratio is between 2.8 and 3.6.
Ainsi, on dispose d'une géométrie permettant d'obtenir un espace suffisamment profond pour ménager le redan R2. D'autre part, il est nécessaire de faire en sorte que le rapport entre les diamètres Dboll et Dbol2 au droit des gorges annulaires supérieure 25 et inférieure 26 soit bien proportionné, c'est-à-dire que le rapport Dbol1/Dbo12 soit compris entre 0,8 et 1,2. Ces deux contraintes permettent de d'obtenir la richesse recherchée tout en permettant aux deux nappes de jets N1 et N2 de carburant de ne pas être en interférence l'une avec l'autre Dans le but de favoriser le guidage du carburant dans la cavité 22 comme le montrent les figures 5a et 5b, le redan R2 ne doit pas être trop proéminent et respecter la contrainte géométrique définie par la relation ((max(Dboll, Dbol2) - Dcol2)/max(Dboll, Dbol2)) < 9%. D'un autre côté, la présence du redan R2 n'est efficace qu'en respectant de la contrainte géométrique définie par la relation 5% < ((max(Dbol1, Dbol2) - Dcol2) /max(Dboll, Dbol2)). Thus, there is a geometry to obtain a sufficiently deep space to spare the redan R2. On the other hand, it is necessary to ensure that the ratio between the diameters Dboll and Dbol2 to the right of the annular grooves 25 and lower 26 is well proportioned, that is to say that the ratio Dbol1 / Dbo12 is included between 0.8 and 1.2. These two constraints make it possible to obtain the desired wealth while allowing the two layers of jets N1 and N2 of fuel not to be in interference with each other In order to promote the guiding of fuel in the cavity 22 as shown in Figures 5a and 5b, the redan R2 should not be too prominent and meet the geometric constraint defined by the relationship ((max (Dboll, Dbol2) - Dcol2) / max (Dboll, Dbol2)) <9%. On the other hand, the presence of the redan R2 is effective only by respecting the geometric constraint defined by the relation 5% <((max (Dbol1, Dbol2) - Dcol2) / max (Dboll, Dbol2)).
Afin de bien positionner le redan R2 dans la cavité, et ménager l'espace nécessaire aux deux gorges annulaires supérieure 25 et inférieure 26 recevant respectivement les deux nappes N1 et N2, il est important que le rapport H / Hbol soit compris entre 0.4 et 0.8. In order to correctly position the redan R2 in the cavity, and to provide the space required for the two upper and lower annular grooves 26 respectively receiving the two sheets N1 and N2, it is important that the H / Hbol ratio be between 0.4 and 0.8. .
Dans le mode de réalisation décrit aux figures 4a et 5a, le redan supérieur R1 est destiné à recevoir le jet de carburant issus de la nappe N1. Sa fonction est de bien répartir d'une part vers la gorge supérieure 25 et d'autre part vers la zone de chasse 23 le carburant. In the embodiment described in FIGS. 4a and 5a, the upper step R1 is intended to receive the jet of fuel coming from the sheet N1. Its function is to distribute well on the one hand to the upper groove 25 and on the other hand to the hunting zone 23 the fuel.
Ce redan R1 ne doit pas étre trop proéminent et respecter la contrainte géométrique définie par la relation ((max(Dbol1, Dbol2) - Dcoll) /max(Dboll, Dbol2)) < 9%. D'un autre côté, la présence du redan supérieur R1 n'est efficace qu'en respectant de la contrainte géométrique définie par la relation 5% < ((max(Dboll, Dbol2) - Dcoll)/max(Dbol1, Dbol2)). Cette contrainte géométrique est, de plus, motivée par le fait de favoriser l'éjection des gaz situés dans la cavité 22 vers la zone de chasse 23 lors de la détente c'est-à-dire lors de la descente du piston 5. This redan R1 should not be too prominent and respect the geometrical constraint defined by the relation ((max (Dbol1, Dbol2) - Dcoll) / max (Dboll, Dbol2)) <9%. On the other hand, the presence of the upper redan R1 is effective only by respecting the geometric constraint defined by the relation 5% <((max (Dboll, Dbol2) - Dcoll) / max (Dbol1, Dbol2)) . This geometrical constraint is, moreover, motivated by the fact of favoring the ejection of the gases situated in the cavity 22 towards the hunting zone 23 during the expansion, that is to say during the descent of the piston 5.
Dans le mode de réalisation décrit aux figures 4b et 5b, la paroi évasée E est destiné à recevoir le jet de carburant issus de la nappe N1. Sa fonction est de bien guider le carburant vers les zones de chasses 23 lorsque le piston redescend. Cette paroi évasée forme un angle theta avec la verticale préférablement compris entre 0 et 5 . In the embodiment described in FIGS. 4b and 5b, the flared wall E is intended to receive the jet of fuel coming from the sheet N1. Its function is to guide the fuel towards the hunting zones 23 when the piston goes down. This flared wall forms a theta angle with the vertical preferably between 0 and 5.
Cette configuration de la cavité 22 est également bien adaptée à un mode de fonctionnement où seule la nappe N1 est présente. Cette configuration est généralement utilisée pour un fonctionnement du moteur en charge partielle. This configuration of the cavity 22 is also well suited to an operating mode where only the web N1 is present. This configuration is generally used for part-load engine operation.
Des études approfondies du déroulement de la combustion pour un système de combustion Diesel conventionnel ont permis de constater une utilisation incomplète du volume de la cavité 22 par la combustion à haut régime: de l'oxygène reste non utilisé, ce qui dégrade la combustion et les émissions polluantes ou encore dégrade les performances pour un même niveau d'émissions de polluants. In-depth studies of the combustion process for a conventional diesel combustion system have shown an incomplete use of the volume of the cavity 22 by the combustion at high speed: oxygen remains unused, which degrades the combustion and the combustion processes. emissions or degrades performance for the same level of pollutant emissions.
L'invention proposée permet d'améliorer la répartition du carburant dans la chambre de combustion en utilisant un injecteur ayant la particularité de permettre la création de deux nappes de jets de carburant combinée à une forme optimisée de la cavité 22 ménagée dans le piston, la cavité 22 étant conformée de façon à présenter une gorge annulaire inférieure 26 destinée à recevoir le nappe N2 et une gorge annulaire supérieure 25 destinée à recevoir la nappe N1, ces gorges étant séparées par un redan R2. The proposed invention improves the distribution of fuel in the combustion chamber using an injector having the particularity of allowing the creation of two layers of fuel jets combined with an optimized form of the cavity 22 formed in the piston, the cavity 22 being shaped to have a lower annular groove 26 for receiving the web N2 and an upper annular groove 25 for receiving the web N1, these grooves being separated by a redan R2.
Pour s'assurer du bon déroulement de la combustion, il est nécessaire de se concentrer sur la création d'une bonne préparation du mélange air/carburant en optimisant l'utilisation de l'oxygène disponible dans la chambre de combustion tout en limitant les zones de sur-richesses responsables de la formation des particules. D'un côté, l'invention propose de limiter au maximum l'interaction des deux jets de carburant N1 et N2 par la mise en place d'un redan R2 jouant un rôle de déflecteur de l'écoulement aérodynamique dans la cavité 22. D'un autre côté, la nappe N2 coopère avec le téton central 28 afin de confiner le carburant juste nécessaire pour consommer l'oxygène disponible dans la cavité 26. De façon symétrique, la nappe N1 est destinée à coopérer avec la cavité 25 pour consommer l'oxygène restant disponible dans la cavité 22. To ensure the smooth running of the combustion, it is necessary to concentrate on creating a good preparation of the air / fuel mixture by optimizing the use of the available oxygen in the combustion chamber while limiting the zones. over-riches responsible for the formation of particles. On the one hand, the invention proposes to limit as much as possible the interaction of the two fuel jets N1 and N2 by placing a redan R2 acting as a deflector of the aerodynamic flow in the cavity 22. D On the other hand, the sheet N2 cooperates with the central pin 28 in order to confine the fuel just needed to consume the oxygen available in the cavity 26. In a symmetrical manner, the sheet N1 is intended to cooperate with the cavity 25 to consume the fuel. oxygen remaining available in the cavity 22.
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| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20131231 |