FR2869951A1 - Combustion chamber for controlled ignition and direct injection type internal combustion engine, has deflector, near openings of air inlet conduit, inducing rotation movement to air flow for directing flow to cylinder head - Google Patents

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Abstract

The chamber has a deflector (40) that is positioned on a cylinder head in the vicinity of openings of an air inlet conduit (24) of the chamber. The deflector induces rotation movement to air flow such that the air flow is directed towards a cylinder head. The chamber is delimited towards top by a lower surface (16) of the cylinder head and towards bottom by an upper surface (20) of a piston (22).

Description

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Chambre de combustion pour moteur à combustion interne à injection directe L'invention concerne un moteur à combustion interne à allumage 5 commandé et à injection directe.  The invention relates to a direct-ignition internal combustion engine with direct injection.

L'invention concerne plus particulièrement une chambre de combustion pour moteur à combustion interne à allumage commandé et à injection directe, du type dans lequel un cylindre est délimité axialement vers le haut par une face inférieure d'une culasse dans laquelle débouchent, chacun par l'intermédiaire d'une soupape correspondante, au moins un conduit d'admission et au moins un conduit d'échappement, du type dans lequel les soupapes d'admission sont agencées chacune de part et d'autre d'un plan de référence qui contient l'axe du cylindre, et du type comportant un injecteur d'essence dont le nez débouche dans le cylindre.  The invention relates more particularly to a combustion chamber for a direct-ignition internal combustion engine with direct injection, of the type in which a cylinder is defined axially upwards by a lower face of a cylinder head into which each opens by means of a cylinder. intermediate of a corresponding valve, at least one intake duct and at least one exhaust duct, of the type in which the intake valves are each arranged on either side of a reference plane which contains the axis of the cylinder, and of the type comprising a fuel injector whose nose opens into the cylinder.

Les moteurs à combustion interne et à allumage commandé ont grand avantage à être mis en oeuvre avec un dispositif d'injection directe du carburant dans le cylindre.  Internal combustion engines and spark ignition have great advantage to be implemented with a device for direct fuel injection into the cylinder.

En effet, l'utilisation de l'injection directe permet d'optimiser te fonctionnement du moteur avec des mélanges dits "pauvres", c'est-à-dire des mélanges carbures dans lesquels il existe un fort excès d'air par rapport à la quantité de carburant introduite dans le cylindre.  Indeed, the use of direct injection optimizes the operation of the engine with so-called "poor" mixtures, that is to say carbide mixtures in which there is a large excess of air compared to the amount of fuel introduced into the cylinder.

L'utilisation des mélanges pauvres permet notamment de réduire de manière importante la consommation de carburant mais aussi de réduire la température maximale atteinte au cours de la combustion, ce qui permet de diminuer la production de substances polluantes telles que les oxydes d'azote (NOx).  The use of poor mixtures notably makes it possible to significantly reduce fuel consumption but also to reduce the maximum temperature reached during combustion, which makes it possible to reduce the production of polluting substances such as nitrogen oxides (NOx). ).

De même, l'excès d'air permet d'éviter qu'une partie du carburant reste imbrûlée après la combustion et soit évacuée avec les gaz d'échappement.  Similarly, the excess air prevents a portion of the fuel remains unburned after combustion and is exhausted with the exhaust gas.

2869951 2 L'utilisation d'un mélange "pauvre" est toutefois à la source d'un certain nombre de problèmes. Notamment, l'allumage de ia combustion du mélange air/carburant est rendu plus difficile du fait de la faible proportion de carburant par rapport à l'air.  2869951 2 However, the use of a "poor" mixture is at the source of a number of problems. In particular, ignition of the combustion of the air / fuel mixture is made more difficult because of the low proportion of fuel relative to air.

Dans le but de contourner ce problème, on cherche donc à faire fonctionner les moteurs à allumage commandé, lorsqu'ils sont alimentés en mélanges "pauvres", selon le principe des charges stratifiées dans lesquelles le mélange carburé n'a pas une composition homogène dans tout le cylindre. On cherche ainsi à provoquer une plus grande concentration du carburant à proximité de la bougie d'allumage de telle sorte que l'étincelle que celle-ci produit puisse provoquer facilement le démarrage de la combustion dans le cylindre.  In order to circumvent this problem, it is therefore sought to operate spark ignition engines, when fed "poor" mixtures, according to the principle of stratified charges in which the fuel mixture does not have a homogeneous composition in all the cylinder. It is thus sought to cause a greater concentration of fuel near the spark plug so that the spark that it produces can easily cause the start of combustion in the cylinder.

On connaît différentes solutions qui permettent de réaliser des charges stratifiées grâce à l'injection directe.  Various solutions are known that make it possible to produce stratified fillers by means of direct injection.

Une première consiste à positionner l'injecteur et la bougie de telle manière que le jet de carburant est projeté directement par l'injecteur en direction de la bougie. Cette méthode est a priori très performante mais elle est très sensible aux incertitudes de positionnement des différents éléments et, encore plus, à l'encrassement du nez d'injecteur qui peut modifier notablement les caractéristiques du jet de carburant. Au fil du temps, le moteur ainsi réalisé peut nécessiter de fréquents réglages sous peine de voir se produire de nombreux "ratés" d'allumage.  A first is to position the injector and the candle in such a way that the jet of fuel is projected directly by the injector towards the candle. This method is a priori very powerful but it is very sensitive to the uncertainties of positioning of the various elements and, even more, the fouling of the injector nose which can significantly modify the characteristics of the fuel jet. Over time, the engine thus produced may require frequent adjustments or there will be many "misfires" ignition.

Une seconde solution connue décrit par exemple dans JP2001055925 consiste à réaliser une stratification par effet de paroi en dirigeant le jet de carburant en direction d'une paroi, par exemple la face supérieure du piston conformée de façon spécifique pour le réfléchir ensuite en direction de la bougie. Toutefois, avec cette solution, il peut se produire une condensation importante du carburant sur les parois, le carburant ainsi condensé étant alors très difficilement inflammable.  A second known solution described, for example, in JP2001055925 consists in effecting a wall effect stratification by directing the jet of fuel towards a wall, for example the upper face of the piston shaped specifically so as to then reflect it towards the candle. However, with this solution, it can occur a significant condensation of fuel on the walls, the fuel thus condensed being very difficult to ignite.

L'invention a donc pour objet de proposer une solution qui permette d'obtenir un fonctionnement optimal du moteur avec des charges "pauvres" stratifiées.  The object of the invention is therefore to propose a solution that makes it possible to obtain optimum engine performance with "poor" stratified loads.

Ce but est atteint par une chambre de combustion pour moteur à combustion interne délimitée par, les parois d'un cylindre, la surface inférieure d'une culasse et la surface supérieure d'un piston caractérisée en ce que la chambre de combustion comprend des moyens pour induire un mouvement tourbillonnaire de type tumble, ces moyens étant positionnés sur la culasse au voisinage des orifices des conduits d'admission (24) de la chambre de combustion.  This object is achieved by a combustion chamber for an internal combustion engine delimited by the walls of a cylinder, the bottom surface of a cylinder head and the upper surface of a piston, characterized in that the combustion chamber comprises means to induce a tumble-type vortex movement, these means being positioned on the cylinder head in the vicinity of the orifices of the intake ducts (24) of the combustion chamber.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1. est une vue schématique et partielle en coupe axiale d'un moteur conforme à une première variante de réalisation de l'invention É la figure 2 est une vue schématique et partielle en coupe axiale d'un moteur conforme à une deuxième variante de réalisation de l'invention; - la figure 3 est une vue, de dessus selon l'axe du cylindre, de la face supérieure de la culasse du moteur de la figure 2 On a illustré sur la figure 1 chambre de combustion 10 d'un moteur à combustion interne à allumage commandé et à injection directe. La chambre de combustion 10, d'axe Al, est délimité dans un bloc-moteur 12 par une paroi cylindrique 14. La chambre de combustion 10 est délimité vers le haut par la face inférieure 16 d'une culasse et, vers le bas, par la face supérieure 20 d'un piston 22 qui, de manière connue, est animé d'un mouvement alternatif de translation selon l'axe Al.  Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the detailed description which follows for the understanding of which reference will be made to the appended drawings in which: FIG. 1. is a schematic and partial view in axial section of A motor according to a first embodiment of the invention; Figure 2 is a schematic and partial view in axial section of an engine according to a second embodiment of the invention; FIG. 3 is a view, from above along the axis of the cylinder, of the upper face of the cylinder head of the engine of FIG. 2. FIG. 1 illustrates a combustion chamber of an internal combustion engine with ignition. controlled and direct injection. The combustion chamber 10, of axis Al, is delimited in a motor block 12 by a cylindrical wall 14. The combustion chamber 10 is delimited upwards by the lower face 16 of a cylinder head and, downwards, by the upper face 20 of a piston 22 which, in a known manner, is reciprocated in translation along the axis A1.

Deux conduits d'admission 24 d'air sont aménagés dans la culasse de manière à déboucher dans la face inférieure 16 de celle-ci. La communication entre les conduits d'admission 24 et la chambre de 2869951 4 combustion 10 est autorisée ou interrompue par des soupapes d'admission commandées.  Two air intake ducts 24 are arranged in the cylinder head so as to open into the lower face 16 thereof. The communication between the intake ducts 24 and the combustion chamber 10 is permitted or interrupted by controlled intake valves.

De la même manière, des conduits d'échappement débouchent dans la chambre de combustion 10 par l'intermédiaire de soupapes 5 d'échappement.  In the same way, exhaust ducts open into the combustion chamber 10 via exhaust valves.

Dans l'exempte de réalisation illustré sur les figures, la face inférieure 16 de la culasse 18 est configurée en " toit " de sorte qu'elle présente deux pans 32, 34 qui sont sensiblement plans et inclinés de part et d'autre d'une arête sommitale 36. Les conduits d'admission 24 débouchent dans l'un 34 des pans tandis que les conduits d'échappement débouchent dans l'autre des pans32.  In the embodiment shown in the figures, the bottom face 16 of the yoke 18 is configured as "roof" so that it has two panels 32, 34 which are substantially flat and inclined on either side of a summit ridge 36. The intake ducts 24 open into one of the panels while the exhaust ducts open into the other of the panels.

S'agissant d'un moteur à allumage commandé, une bougie d'allumage est vissée dans la culasse 16 de telle sorte que ses électrodes débouchent dans la chambre de combustion 10, sensiblement sur l'axe Al de celui-ci et donc au niveau de l'arête sommitale 36 de la face inférieure 16 de la culasse. Par ailleurs, un injecteur est implanté dans la culasse de manière qu'un nez de l'injecteur débouche dans la chambre de combustion 10 pour pouvoir projeter directement à l'intérieur de celui-ci un jet de carburant. L'injecteur peut être central ou latéral.  As regards a spark-ignition engine, a spark plug is screwed into the cylinder head 16 so that its electrodes open into the combustion chamber 10, substantially on the axis Al thereof and therefore at the of the summit ridge 36 of the lower face 16 of the cylinder head. Furthermore, an injector is implanted in the cylinder head so that a nose of the injector opens into the combustion chamber 10 to be able to project directly inside it a jet of fuel. The injector can be central or lateral.

Pour un moteur à combustion interne à allumage par compression, un injecteur est implanté sensiblement en lien et place de la bougie. Par ailleurs, un injecteur est implanté dans la culasse de manière qu'un nez 44 de l'injecteur débouche dans la chambre de combustion 10 pour pouvoir projeter directement à l'intérieur de celui-ci un let de carburant.  For a compression-ignition internal combustion engine, an injector is implanted substantially in connection and instead of the spark plug. Furthermore, an injector is implanted in the cylinder head so that a nose 44 of the injector opens into the combustion chamber 10 to be able to project directly inside it a let of fuel.

Selon un premier aspect de l'invention, la chambre de combustion 10 est muni d'au moins un conduit d'admission 24 et comporte au voisinage de l'orifice d'admission des moyens 40 pour créer, un mouvement tourbillonnaire dit de " tumble " dans la chambre de combustion 10. Ces moyens peuvent être constitués par au moins un déflecteur placé au voisinage de l'orifice d'admission. La coupe transversale de chaque 2869951 5 déflecteur 40 a sensiblement la forme d'une rampe qui peut être incurvée. L'orientation et la forme des déflecteurs sont déterminées pour induire un mouvement tourbillonnaire de type tumble dans le sens souhaité.  According to a first aspect of the invention, the combustion chamber 10 is provided with at least one intake duct 24 and comprises, in the vicinity of the admission orifice, means 40 for creating a so-called "tumble" swirling movement. in the combustion chamber 10. These means may be constituted by at least one deflector placed in the vicinity of the inlet orifice. The cross section of each baffle 40 is substantially in the form of a curvable ramp. The orientation and shape of the deflectors are determined to induce a tumbling vortex motion in the desired direction.

Chaque déflecteur 40 est intégré à la culasse et peut être obtenu directement par fonderie avec ou sans usinage. Chaque déflecteur 40 peut également est constitué d'un insert fixé dans la culasse.  Each deflector 40 is integrated in the cylinder head and can be obtained directly by casting with or without machining. Each deflector 40 may also consist of an insert fixed in the cylinder head.

Selon le sens du tumble choisi, direct ou inverse, au moins déflecteur 40 sera placé sur fa partie supérieure ou inférieur de l'orifice d'admission La figure 1 représente le cas où le sens du tumble est inverse. Dans ce cas, au moins un déflecteur 40 est placé dans la partie inférieure de l'orifice du conduit d'admission. Ainsi, lors de la phase d'admission l'air est dans un premier temps dirigé vers le fond de la chambre de combustion en suivant la paroi du cylindre, puis remonte vers la culasse pour former fe mouvement de tumble. La présence du déflecteur 40 permet d'induire un mouvement de rotation au flux d'air de sorte qu'il puisse remonter vers la culasse.  According to the direction of the selected tumble, direct or inverse, at least deflector 40 will be placed on the upper or lower part of the inlet port Figure 1 represents the case where the direction of the tumble is reversed. In this case, at least one deflector 40 is placed in the lower part of the orifice of the intake duct. Thus, during the intake phase the air is first directed towards the bottom of the combustion chamber following the wall of the cylinder, then back to the cylinder head to form the tumble movement. The presence of the deflector 40 allows to induce a rotational movement to the air flow so that it can go back to the cylinder head.

La figure 2 représente le cas où le sens du tumble est direct. Dans ce cas, au moins un déflecteur 40 est placé dans la partie supérieure de l'orifice du conduit d'admission 24. Ainsi, lors de la phase d'admission l'air est dans un premier temps dirigé vers le fond de la chambre de combustion en suivant la paroi du cylindre, puis remonte vers la culasse pour former le mouvement de tumble inverse. La présence du déflecteur 40 permet d'induire un mouvement de rotation au flux d'air de sorte qu'il puisse remonter vers la culasse.  Figure 2 represents the case where the direction of the tumble is direct. In this case, at least one deflector 40 is placed in the upper part of the orifice of the intake duct 24. Thus, during the intake phase, the air is initially directed towards the bottom of the chamber of combustion following the wall of the cylinder, then back to the cylinder head to form the inverse tumble movement. The presence of the deflector 40 allows to induce a rotational movement to the air flow so that it can go back to the cylinder head.

Selon cette deuxième variante de réalisation, deux déflecteurs de forme allongé, par exemple en forme de barrette, sont placés sensiblement au niveau de l'arête sommitale de la culasse de part et d'autre de l'axe du cylindre et dans l'axe de l'arête sommitale de la culasse.  According to this second variant embodiment, two elongate deflectors, for example in the form of a bar, are placed substantially at the level of the summit ridge of the cylinder head on either side of the axis of the cylinder and in the axis of the summit ridge of the breech.

2869951 6 Grâce au mouvement tourbillonnaire ainsi créé, illustré notamment sur les figures 1 et 2, le jet de carburant tend à être intercepté par des courants de gaz qui provoquent une accumulation de carburant au voisinage des électrodes de la bougie 34. Ainsi, selon l'invention, la stratification du mélange carburé est obtenue grâce à l'aérodynamique des gaz dans la chambre de combustion 10, en limitant le contact du carburant avec les parois du cylindre, c'est-à-dire en limitant les contacts avec la face supérieure 20 du piston 22 et avec la face latérale 14 de la chambre de combustion 10. i  Thanks to the vortex movement thus created, illustrated in particular in FIGS. 1 and 2, the jet of fuel tends to be intercepted by gas currents which cause a fuel accumulation in the vicinity of the electrodes of the spark plug 34. Thus, according to FIG. invention, the lamination of the fuel mixture is obtained thanks to the aerodynamics of the gases in the combustion chamber 10, limiting the contact of the fuel with the walls of the cylinder, that is to say by limiting the contacts with the face 20 of the piston 22 and with the side face 14 of the combustion chamber 10. i

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Claims (7)

REVENDICATIONS 1. Chambre de combustion pour moteur à combustion interne délimitée par, les parois d'un cylindre, la surface inférieure d'une culasse et la surface supérieure d'un piston caractérisée en ce que la chambre de combustion comprend des moyens (40, 41) pour induire un mouvement tourbillonnaire de type tumble, ces moyens (40, 41) étant positionnés sur la culasse au voisinage des orifices des conduits d'admission (24) de la chambre de combustion.  Combustion chamber for an internal combustion engine delimited by, the walls of a cylinder, the lower surface of a cylinder head and the upper surface of a piston characterized in that the combustion chamber comprises means (40, 41 ) to induce a tumble-type vortex movement, said means (40, 41) being positioned on the cylinder head in the vicinity of the orifices of the intake ducts (24) of the combustion chamber. 2. Chambre de combustion selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (40, 41) dont la coupe transversale est en forme de rampe.  2. Combustion chamber according to claim 1, characterized in that the means (40, 41) whose cross section is ramp-shaped. 3. Chambre de combustion selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque déflecteur (41) est placé dans une zone située sur la partie supérieure des orifices d'admission de la chambre de combustion.  3. Combustion chamber according to claim 2, characterized in that each baffle (41) is placed in an area on the upper part of the inlet ports of the combustion chamber. 4. Chambre de combustion selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque déflecteur (40) est placé dans une zone située sur la partie inférieure des orifices d'admission de la chambre de combustion.  4. Combustion chamber according to claim 2, characterized in that each baffle (40) is placed in an area on the lower part of the inlet ports of the combustion chamber. 5. Chambre de combustion selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens pour induire un mouvement tourbillonnaire de type tumble comprennent deux déflecteurs (41) de forme allongée placé selon l'arête sommitale de la culasse de part et d'autre de l'axe (Al) du cylindre.  5. Combustion chamber according to claim 3, characterized in that the means for inducing tumble-type vortex movement comprise two elongated baffles (41) placed along the summit ridge of the cylinder head on both sides of the cylinder. axis (Al) of the cylinder. 6. Chambre de combustion selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que chaque déflecteur (40, 41) est formé dans la culasse.  6. Combustion chamber according to one of claims 2 to 5, characterized in that each baffle (40, 41) is formed in the cylinder head. 7. Chambre de combustion selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que chaque déflecteur (40, 41) est formé d'un insert 30 fixé sur la surface inférieure (16) de la culasse.  7. Combustion chamber according to one of claims 2 to 5, characterized in that each baffle (40, 41) is formed of an insert 30 fixed on the lower surface (16) of the cylinder head.
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