FR2927667A1

FR2927667A1 - Piston for engine i.e. diesel engine, block of motor vehicle, has circular shaped bowl at front part and oval shaped flame surface, where bowl includes central pilot point raising from interior of middle part of bowl towards cylinder head

Info

Publication number: FR2927667A1
Application number: FR0851075A
Authority: FR
Inventors: Patrick Lutz
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2008-02-20
Filing date: 2008-02-20
Publication date: 2009-08-21

Abstract

The piston has a circular shaped bowl (6) at its front part and an oval shaped section i.e. flame surface. The bowl includes a truncated cone shaped central pilot point (9) raising from interior of a middle part of the bowl towards a cylinder head (8). The pilot point has a round apex, and extends in the direction of bottom of the bowl through an inclined side (10) and from the bottom through a side wall (11). The wall has a concave boss (11') at its lower base and joins a horizontal surface of the front part of the piston. An independent claim is also included for an engine block and cylinder head assembly, comprising an air intake opening.

Description

Bloc moteur avec au moins un piston à périphérie non circulaire et présentant un bol centré circulaire Motor unit with at least one non-circular periphery piston and having a circular centered bowl

L'invention concerne le domaine des groupes moteurs 5 de véhicule automobile. Plus particulièrement, l'invention concerne une adaptation spécifique des caractéristiques d'un piston et d'un cylindre associés d'un groupe moteur, notamment en ce qui concerne leur périphérie et la tête du piston, 10 pour accroître entre autres les performances de ce piston. Les contraintes d'implantation du moteur sous le capot d'un véhicule sont régulièrement rendues de plus en plus sévères. Ces contraintes concernent, notamment, la 15 protection du piéton en cas de choc, l'ajout de protections acoustiques et thermiques ainsi que l'ajout de machines électriques ou de moteurs hybrides, ce qui diminue la place réservée au groupe moteur du véhicule afin de dégager de la place pour l'intégration de ces 20 nouveaux éléments. Il y a donc un premier besoin existant de réduire l'encombrement d'un tel groupe moteur. De plus, le renforcement des normes de dépollution rend nécessaire une maîtrise de plus en plus fine du processus de combustion pour tous les types de moteurs. 25 Il est connu que le déroulement de la combustion et les émissions polluantes associées sont fortement fonctions de la géométrie de la chambre de combustion. Il y a ainsi un second besoin d'une meilleure maîtrise du processus de combustion dans un groupe moteur. 30 Enfin, les objectifs de réduction des coûts sont toujours au premier plan lors de la conception d'un nouveau groupe moteur. On sait, par exemple, qu'un moteur à deux soupapes par cylindre, présente un coût de fabrication moins élevé qu'un moteur à quatre soupapes 35 par cylindre, et que donc un tel moteur sera préféré, à performance égale, à un moteur quatre soupapes. Il y a donc aussi un troisième besoin d'élaborer un groupe moteur avec un coût de fabrication réduit par rapport aux groupes déjà existants sur le marché. Le document JP-A-61011418 propose pour rendre un moteur plus léger et plus compact ainsi que pour augmenter aussi sa performance de loger chaque piston du moteur dans un cylindre ovalisé, en ovalisant aussi la forme extérieure associée de ce piston, ce qui permet de réduire la longueur du moteur pour un même déplacement du piston et un même nombre de pistons. Cela permet aussi d'augmenter le diamètre des soupapes d'admission et d'échappement et de pouvoir passer d'un système quatre soupapes à un système deux soupapes. Ce document ne donne cependant aucune indication sur la forme que doit avoir la tête de piston et, en particulier, son bol et se restreint à la forme de la section que doit présenter ce piston afin d'améliorer la performance du moteur. Il méconnaît ainsi l'influence que pourrait avoir une forme particulière du bol combinée avec la surface ovalisée du piston sur les performances du moteur. Ainsi, ce document n'aborde pas le problème de l'amélioration de la performance du moteur par une sélection de caractéristiques pour des éléments constitutifs d'un piston, autres que sa forme extérieure. The invention relates to the field of motor units 5 of a motor vehicle. More particularly, the invention relates to a specific adaptation of the characteristics of a piston and an associated cylinder of a power unit, in particular with regard to their periphery and the piston head, in order to increase, inter alia, the performances of this piston. piston. The constraints of implantation of the engine under the hood of a vehicle are regularly made more and more severe. These constraints concern, in particular, the protection of the pedestrian in the event of an impact, the addition of acoustic and thermal protections as well as the addition of electric machines or hybrid engines, which reduces the space reserved for the motor unit of the vehicle in order to to make room for the integration of these 20 new elements. There is therefore an initial need to reduce the size of such a power unit. In addition, the reinforcement of the standards of depollution makes necessary a control more and more fine of the process of combustion for all the types of engines. It is known that the course of the combustion and the associated polluting emissions are highly dependent on the geometry of the combustion chamber. There is thus a second need for better control of the combustion process in a power unit. Finally, cost reduction objectives are always at the forefront when designing a new powerplant. It is known, for example, that a two-valve-per-cylinder engine has a lower manufacturing cost than a four-valve engine per cylinder, and therefore such a motor will be preferred, at equal performance, to an engine. four valves. There is also a third need to develop a motor group with a reduced manufacturing cost compared to existing groups in the market. JP-A-61011418 proposes to make a lighter and more compact engine as well as to also increase its performance of housing each piston of the engine in an ovalized cylinder, also ovalizing the associated external shape of this piston, which makes it possible to reduce the length of the engine for the same displacement of the piston and the same number of pistons. It also increases the diameter of the intake and exhaust valves and can be changed from a four-valve system to a two-valve system. This document, however, gives no indication of the shape that must have the piston head and, in particular, its bowl and is restricted to the shape of the section that must present the piston to improve the performance of the engine. It thus ignores the influence that could have a particular shape of the bowl combined with the ovalized surface of the piston on the engine performance. Thus, this document does not address the problem of improving the performance of the engine by a selection of characteristics for elements constituting a piston, other than its outer shape.

Le problème à la base de l'invention est de trouver une synergie entre des paramètres sélectionnés d'un piston afin de remplir les trois besoins mentionnés ci-dessus, un de ces paramètres étant la section du piston et du cylindre le recevant. The problem underlying the invention is to find a synergy between selected parameters of a piston to fulfill the three needs mentioned above, one of these parameters being the section of the piston and the cylinder receiving it.

A cet effet, l'invention a pour objet un piston de véhicule automobile présentant un bol à sa partie frontale ainsi qu'une section non circulaire caractérisé en ce que son bol présente une forme circulaire. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - le piston présente une section de forme ovale,35 - son bol est concave et comprend un téton central faisant saillie dans sa partie médiane, ce téton étant sensiblement de forme générale tronconique, et présentant un sommet arrondi, - le téton est complété en direction du fond du bol par un flanc incliné convexe puis à partir de ce fond par une paroi latérale présentant d'abord un renflement concave à sa base inférieure puis rejoignant la surface sensiblement horizontale de la partie frontale de piston. For this purpose, the invention relates to a motor vehicle piston having a bowl at its front and a non-circular section characterized in that its bowl has a circular shape. According to other features of the invention: the piston has an oval-shaped section; its bowl is concave and comprises a central stud protruding in its median portion, this stud being substantially of frustoconical general shape, and having a rounded apex, - the nipple is completed in the direction of the bottom of the bowl by a convex inclined flank and then from this bottom by a side wall having first a concave bulge at its lower base and then joining the substantially horizontal surface of the front part piston.

L'invention concerne également un bloc moteur comprenant plusieurs cylindres dans lequel coulisse un piston, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un tel piston. 15 L'invention concerne aussi un ensemble bloc moteur et culasse, cette culasse recouvrant le bloc moteur et formant une chambre de combustion avec chaque cylindre associé à un piston, cette culasse présentant au moins 20 une ouverture d'admission d'air avec une soupape d'admission et une ouverture d'échappement d'air avec une soupape d'échappement, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un tel piston. Avantageusement, la culasse présente un injecteur 25 de carburant produisant une nappe de carburant avec un angle de nappe sur le téton du bol. Préférentiellement, l'ensemble bloc moteur et culasse est du type à deux soupapes. Préférentiellement, l'ensemble bloc moteur est à 30 alimentation Diesel. The invention also relates to an engine block comprising a plurality of cylinders in which a piston slides, characterized in that it comprises at least one such piston. The invention also relates to an engine block and cylinder head assembly, this cylinder head covering the engine block and forming a combustion chamber with each cylinder associated with a piston, this cylinder head having at least one air intake opening with a valve intake and an air exhaust opening with an exhaust valve, characterized in that it comprises at least one such piston. Advantageously, the cylinder head has a fuel injector producing a fuel ply with a lap angle on the bolt nipple. Preferably, the engine block and cylinder head assembly is of the two-valve type. Preferably, the engine block assembly is diesel powered.

L'effet technique obtenu est la génération d'un fort mouvement aérodynamique dû à la présence de zones de chasse augmentées et une augmentation de la vitesse de 35 combustion. Ceci n'a été possible que par une synergie entre la géométrie externe non circulaire des faces 10 latérales du piston et la géométrie circulaire du bol de ce piston. Cette géométrie non circulaire des faces latérales du piston est associée à une géométrie du bol qui reste au contraire circulaire. Cette forme de chambre circulaire est avantageuse pour les moteurs à essence car elle permet de retarder l'impact du front de flamme avec la paroi du piston. Elle l'est encore plus surtout pour les moteurs diesel car la forme de la nappe formée par les multiples jets dans certains moteurs a une géométrie axisymétrique. The technical effect obtained is the generation of a strong aerodynamic motion due to the presence of increased hunting zones and an increase in the burning rate. This was only possible by a synergy between the non-circular external geometry of the piston's side faces and the circular geometry of the bowl of this piston. This non-circular geometry of the lateral faces of the piston is associated with a geometry of the bowl which remains on the contrary circular. This form of circular chamber is advantageous for gasoline engines because it allows to delay the impact of the flame front with the piston wall. It is even more especially for diesel engines because the shape of the web formed by the multiple jets in some engines has an axisymmetric geometry.

L'invention va maintenant être décrite plus en détail mais de façon non limitative en regard des figures 15 annexées, dans lesquelles : - les figures 1A et 1B sont des représentations schématiques d'une coupe dans un plan perpendiculaire à son axe de symétrie de la partie supérieure d'un cylindre en direction de la culasse d'un moteur Diesel deux 20 soupapes montrant un exemple de face de flamme respectivement selon l'état de la technique et selon un premier mode de réalisation de l'invention, - les figures 2A et 2B sont des représentations schématiques d'une coupe dans un plan perpendiculaire à 25 son axe de symétrie de la partie supérieure d'un cylindre en direction de la culasse d'un moteur Diesel deux soupapes montrant un exemple de face de flamme respectivement selon l'état de la technique et selon un second mode de réalisation de l'invention, 30 - les figures 3A et 3B sont des représentations schématiques d'une coupe dans un plan perpendiculaire à son axe de symétrie de la partie supérieure d'un cylindre en direction de la culasse d'un moteur Diesel deux soupapes montrant un exemple de face de flamme 35 respectivement selon l'état de la technique et selon un troisième mode de réalisation de l'invention, - les figures 4A et 4B sont des représentations schématiques d'une coupe d'un piston dans un plan perpendiculaire à son axe de symétrie montrant respectivement une zone de chasse selon l'état de la technique et une zone de chasse conformément à la présente invention, - les figures 5A et 5B sont des représentations schématiques d'une coupe de la culasse et de la tête d'un piston selon un plan contenant l'axe de symétrie de ce piston, montrant l'effet aérodynamique obtenu avec un piston selon l'état de la technique et avec un piston conformément à la présente invention. The invention will now be described in more detail but in a nonlimiting manner with reference to the appended figures, in which: FIGS. 1A and 1B are diagrammatic representations of a section in a plane perpendicular to its axis of symmetry; upper part of a cylinder towards the cylinder head of a two-valve diesel engine showing an example of a flame face respectively according to the state of the art and according to a first embodiment of the invention, - FIGS. 2A and 2B are diagrammatic representations of a section in a plane perpendicular to its axis of symmetry of the upper part of a cylinder in the direction of the cylinder head of a two-valve diesel engine showing an example of a flame face respectively according to FIG. state of the art and according to a second embodiment of the invention, FIGS. 3A and 3B are diagrammatic representations of a section in a plane perpendicular to its axis of symmetry of the upper part of a cylinder towards the cylinder head of a two-valve diesel engine showing an example of a flame face respectively according to the state of the art and according to a third embodiment of the invention, FIGS. 4A and 4B are diagrammatic representations of a section of a piston in a plane perpendicular to its axis of symmetry, respectively showing a hunting zone according to the state of the art and a hunting zone in accordance with the present invention, FIGS. 5A and 5B are diagrammatic representations of a section of the cylinder head and the head of a piston in a plane containing the axis of symmetry of this piston, showing the aerodynamic effect obtained with a piston according to FIG. state of the art and with a piston according to the present invention.

Les figures 1A à 3A et 1B à 3B montrent une comparaison entre une face flamme obtenue avec un ensemble piston cylindre culasse selon l'état de la technique et une face flamme selon un mode de réalisation de la présente invention. Sur ces figures, cette face flamme est celle d'un moteur Diesel deux soupapes mais cela n'est pas limitatif. FIGS. 1A to 3A and 1B to 3B show a comparison between a flame face obtained with a cylinder cylinder cylinder head assembly according to the state of the art and a flame face according to an embodiment of the present invention. In these figures, this flame face is that of a two-valve diesel engine, but this is not limiting.

D'une manière connue, un cylindre 1 ou 1' d'un groupe moteur est surmonté à sa partie supérieure par une culasse qui présente une base définissant un plan de culasse orthogonal à l'axe du cylindre 1 ou 1'. La tête de cylindre 1 présente ainsi une forme de cône dont le sommet est tourné vers la face supérieure de la culasse. La tête du piston, se déplaçant dans ce cylindre 1 ou 1' délimite avec la tête de cylindre associée une chambre de combustion. Un injecteur de carburant 2 et une bougie d'allumage 3 sont agencés au sommet de chaque tête de cylindre et débouchent dans la chambre de combustion. Comme le moteur montré à ces figures est à deux soupapes, la culasse est pourvue d'une ouverture d'admission 4 d'air et d'une ouverture d'échappement 5 réparties sur la tête de cylindre. Bien que ces éléments ne soient pas montrés aux figures, il convient de préciser que la culasse présente, d'une part, un conduit d'admission d'air dont une première extrémité est raccordée à un répartiteur d'air, destiné à alimenter la chambre de combustion en air frais et dont une seconde extrémité est raccordée à la tête de cylindre par l'intermédiaire de l'ouverture 4 d'admission d'air. La culasse présente, d'autre part, un conduit d'échappement qui prend naissance dans la chambre de combustion au niveau de l'ouverture 5 d'échappement. Le conduit d'admission et le conduit d'échappement cooperent respectivement avec une soupape d'admission pourvue d'une tête de soupape qui règle le débit d'arrivée d'air dans la chambre de combustion et avec une soupape d'échappement qui régule le débit de gaz brûlés en sortie de la chambre de combustion. Classiquement, l'ouverture 4 de la soupape d'admission est plus large que l'ouverture 5 de la soupape d'échappement, ce qui est le cas aux figures 1A à 3A et 1B à 3B. In a known manner, a cylinder 1 or 1 'of a motor unit is surmounted at its upper part by a yoke which has a base defining a yoke plane orthogonal to the axis of the cylinder 1 or 1'. The cylinder head 1 thus has a cone shape whose apex is turned towards the upper face of the cylinder head. The piston head, moving in this cylinder 1 or 1 'delimits with the associated cylinder head a combustion chamber. A fuel injector 2 and a spark plug 3 are arranged at the top of each cylinder head and open into the combustion chamber. As the engine shown in these figures is two valves, the cylinder head is provided with an intake opening 4 of air and an exhaust opening 5 distributed over the cylinder head. Although these elements are not shown in the figures, it should be noted that the cylinder head has, firstly, an air intake duct, a first end is connected to an air distributor, intended to supply the air. combustion chamber fresh air and a second end is connected to the cylinder head via the opening 4 of air intake. The cylinder head has, on the other hand, an exhaust duct which originates in the combustion chamber at the exhaust opening. The intake duct and the exhaust duct cooperate respectively with an intake valve provided with a valve head which regulates the flow of air into the combustion chamber and with an exhaust valve which regulates the flue gas flow at the outlet of the combustion chamber. Conventionally, the opening 4 of the intake valve is wider than the opening 5 of the exhaust valve, which is the case in Figures 1A to 3A and 1B to 3B.

Dans les exemples des figures 1A et 3A, illustrant l'état de la technique la périphérie du cylindre 1 est circulaire. Selon la présente invention, la périphérie du 25 cylindre 1' est non circulaire, cette périphérie pouvant prendre de multiples formes. Pour les trois modes de réalisation selon les figures 1B à 3B, une forme ovalisée ou une forme elliptique a été choisie, celle-ci présentant des 30 facilités de réalisation, notamment pour l'usinage du piston et du carter cylindre associé. D'autres formes sont aussi envisageables bien que non illustrées dans la présente invention. Seules la forme générale du piston et la 35 disposition des soupapes sont montrées sur ces figures, cette disposition des soupapes permettant encore d'augmenter la compacité de l'ensemble et des surfaces d'ouvertures 4 et 5 de passage des gaz. Dans le premier mode de réalisation de la présente invention selon la figure 1B, la surface de la face flamme f' est plus grande que la surface circulaire de la face flamme f de la figure 1A selon l'état de la technique. Cela permet de maximiser les surfaces des ouvertures 4' et 5' de passage des gaz à l'admission et à l'échappement. Le changement de forme du piston se fait donc, à iso encombrement suivant l'axe moteur selon X, c'est-à-dire selon un axe passant entre les deux ouvertures 4' et 5'. Le gain dû au changement de forme du piston est l'augmentation de la taille des ouvertures 4' et 5' des soupapes admission et échappement, sans que d'autres paramètres comme la position ou l'inclinaison de l'injecteur ou la position de la bougie soient modifiés. Cette augmentation de la taille des ouvertures de soupape s'accompagne d'un gain de perméabilité des conduits et d'une meilleure respiration de la culasse. In the examples of FIGS. 1A and 3A, illustrating the state of the art, the periphery of the cylinder 1 is circular. According to the present invention, the periphery of the cylinder 1 'is non-circular, this periphery can take many forms. For the three embodiments according to FIGS. 1B to 3B, an oval shape or an elliptical shape has been chosen, the latter having ease of implementation, in particular for machining the piston and the associated cylinder block. Other shapes are also conceivable although not illustrated in the present invention. Only the general shape of the piston and the arrangement of the valves are shown in these figures, this arrangement of the valves further increasing the compactness of the assembly and the opening surfaces 4 and 5 of the gas passage. In the first embodiment of the present invention according to Figure 1B, the surface of the flame face f 'is larger than the circular surface of the flame face f of Figure 1A according to the state of the art. This maximizes the surfaces of the openings 4 'and 5' of passage of the gases at the inlet and the exhaust. The change of shape of the piston is therefore, iso congestion along the motor axis along X, that is to say along an axis passing between the two openings 4 'and 5'. The gain due to the change of shape of the piston is the increase in the size of the openings 4 'and 5' of the intake and exhaust valves, without other parameters such as the position or the inclination of the injector or the position of the the candle are modified. This increase in the size of the valve openings is accompanied by a gain in duct permeability and better breathing of the cylinder head.

L'augmentation de la section du piston ainsi engendrée conduit à une augmentation de la cylindrée unitaire du moteur. Celle-ci pourra être conservée ou adaptée, par exemple par réduction de la course du piston. Dans le second mode de réalisation de l'invention selon la figure 2B, les surfaces des ouvertures 4" et 5" sont aussi augmentées par augmentation de la face flamme f" ovalisée comparée à la surface circulaire de la figure 1A. Dans le troisième mode de réalisation de l'invention selon la figure 3B, la surface ovalisée f"' est plus petite que la surface circulaire de l'exemple a mais, dans ce cas, les surfaces des ouvertures 4"' et 5"' de cet exemple sont maintenues sensiblement égales aux surfaces des ouvertures 4 et 5 de la figure 1A. The increase of the piston section thus generated leads to an increase in the unit cubic capacity of the engine. This may be retained or adapted, for example by reducing the stroke of the piston. In the second embodiment of the invention according to FIG. 2B, the surfaces of the openings 4 "and 5" are also increased by increasing the flame-shaped face compared to the circular surface of FIG. of embodiment of the invention according to FIG. 3B, the ovalized surface f "is smaller than the circular surface of example a, but in this case the surfaces of the openings 4" 'and 5 "" of this example are maintained substantially equal to the surfaces of the openings 4 and 5 of Figure 1A.

Ainsi le changement de forme peut également être utilisé pour réduire l'encombrement du moteur. Dans ce cas, on peut par exemple aplatir le piston suivant l'axe moteur selon X passant entre les ouvertures des soupapes. Il suffit d'adapter les positions des soupapes en conservant leur taille pour s'adapter à cette nouvelle forme. Si la dimension du piston suivant l'axe Y, c'est- à-dire selon l'axe perpendiculaire à l'axe X et contenu dans le plan de la face flamme f"', est conservée comme dans le cas de la figure 3B, la cylindrée du moteur est réduite. Cela peut être compensé par une course du piston plus grande. Si la section du piston est conservée par une augmentation de la dimension du piston suivant l'axe Y, le moteur conserve sa cylindrée mais diminue son encombrement suivant l'axe X. Ces géométries non circulaires de piston peuvent être obtenues par usinage. En effet, l'usinage d'une telle géométrie de périphérie du piston et du cylindre associé est possible avec des moyens techniques adaptés. La forme du piston sera évidemment choisie en fonction de ce compromis complexité de l'usinage par rapport aux résultats obtenus notamment en ce qui concerne la performance, la consommation et l'encombrement. Ainsi la forme ovalisée pour un piston a été, préférentiellement mais pas exclusivement, adoptée car facile à obtenir par un usinage peu coûteux. Thus the change of shape can also be used to reduce the size of the engine. In this case, one can for example flatten the piston along the motor axis X passing between the openings of the valves. Just adjust the positions of the valves, keeping their size to adapt to this new shape. If the dimension of the piston along the axis Y, that is to say along the axis perpendicular to the axis X and contained in the plane of the flame face f "', is retained as in the case of FIG. 3B, the engine displacement is reduced, this can be compensated by a larger piston stroke.If the piston section is maintained by increasing the piston dimension along the Y axis, the engine maintains its displacement but decreases its These non-circular piston geometries can be obtained by machining because the machining of such peripheral geometry of the piston and the associated cylinder is possible with suitable technical means. will obviously be chosen according to this compromise complexity of the machining with respect to the results obtained in particular as regards the performance, the consumption and the bulk.Thus the oval shape for a piston has been, preferentially but not excluded It has been adopted because it is easy to obtain by inexpensive machining.

Les figures 4A et 4B permettent une comparaison des zones de chasse obtenues avec un piston respectivement selon l'état de la technique et un piston selon la présente invention. Dans les moteurs à combustion interne, on appelle zone de chasse les zones situées entre la périphérie du piston et la face inférieure de la culasse. Lorsque le piston se rapproche de son point mort haut, en abréviation PMH, l'air est renvoyé vers le centre de la chambre de combustion et vers le bol de ce piston. La géométrie du bol a alors un rôle important sur la dynamique des gaz. Inversement, lorsque le piston s'écarte de son point mort haut, l'air situé au centre de la chambre de combustion et dans le bol est aspiré vers les zones de chasse. A ces figures, le bol 6 du piston est sensiblement de même surface pour les deux pistons mais la zone de chasse 7' du piston à périphérie non circulaire selon la présente invention est plus grande que la zone de chasse 7 du piston selon l'état de la technique. Selon une seconde caractéristique essentielle de la présente invention, la forme du bol 6 du piston est à géométrie circulaire et est associée à une géométrie de piston non circulaire, selon la première caractéristique essentielle de la présente invention. Ceci est particulièrement avantageux pour le moteur en permettant d'augmenter considérablement la zone de chasse 7', c'est-à- dire la zone supérieure du piston venant presque au contact de la culasse et générant une forte expulsion de l'air. Cette augmentation des zones de chasse 7', par l'expulsion de la masse d'air concernée, génère une forte aérodynamique qui est très favorable à la dynamique de la combustion en provoquant l'accélération de sa vitesse et donc l'augmentation du rendement ainsi que l'amélioration de la dynamique de fin de combustion pour renforcer la post-oxydation des polluants. Avec une telle forme circulaire pour le bol 6', tous les avantages de la combustion axisymétrique sont conservés, aussi bien en essence qu'en diesel. L'augmentation des zones de chasse 7' apporte un gain significatif sur la vitesse de combustion influant sur la performance du moteur et sur la post-oxydation des polluants pour la régulation des émissions polluantes. FIGS. 4A and 4B allow a comparison of the hunting zones obtained with a piston respectively according to the state of the art and a piston according to the present invention. In internal combustion engines, the area between the periphery of the piston and the lower face of the cylinder head is called a flushing zone. When the piston approaches its top dead center, abbreviated TDC, the air is returned to the center of the combustion chamber and to the bowl of this piston. The geometry of the bowl then has an important role on the gas dynamics. Conversely, when the piston deviates from its top dead center, the air located in the center of the combustion chamber and in the bowl is sucked to the hunting areas. In these figures, the bowl 6 of the piston is substantially of the same surface for the two pistons but the flushing zone 7 'of the non-circular periphery piston according to the present invention is larger than the flushing zone 7 of the piston according to the state. of the technique. According to a second essential characteristic of the present invention, the shape of the bowl 6 of the piston is circular in shape and is associated with a non-circular piston geometry, according to the first essential characteristic of the present invention. This is particularly advantageous for the engine by making it possible to considerably increase the flushing zone 7 ', that is to say the upper zone of the piston coming almost into contact with the cylinder head and generating a strong expulsion of air. This increase of the hunting zones 7 ', by the expulsion of the air mass concerned, generates a strong aerodynamics which is very favorable to the dynamics of the combustion by causing the acceleration of its speed and thus the increase of the yield and improving end-of-combustion dynamics to enhance post-oxidation of pollutants. With such a circular shape for the bowl 6 ', all the advantages of axisymmetric combustion are preserved, both in gasoline and diesel. The increase of the hunting zones 7 'brings a significant gain on the combustion rate affecting engine performance and the post-oxidation of pollutants for the regulation of polluting emissions.

Les figures 5A et 5B montrent une coupe de la culasse 8 et de la tête d'un piston selon un plan contenant l'axe longitudinal de ce piston, avec un piston selon l'état de la technique dans le cas de la figure 5A et avec un piston conformément à la présente invention dans le cas de la figure 5B. A ces deux figures, le bol 6 du piston est concave et comprend un téton 9 qui s'élève de l'intérieur de la partie médiane du bol vers la culasse 8. Le téton 9 est sensiblement de forme générale tronconique et présente un sommet de préférence arrondi. Ce téton 9 est poursuivi en direction du fond du bol 6 par un flanc incliné arrondi 10 puis à partir de ce fond par une paroi latérale 11 présentant d'abord un renflement 11' concave à sa base inférieure puis rejoignant la surface sensiblement horizontale de la face supérieure du piston. Cette forme de bol est particulièrement appropriée pour générer un surcroît de turbulence et de mouvement aérodynamique d'ensemble quand il est associé avec un piston non circulaire comme précédemment indiqué. A la figure 5B, cela est montré par la double flèche E, indiquant la direction d'une circulation renforcée de l'air. FIGS. 5A and 5B show a section of the cylinder head 8 and the head of a piston in a plane containing the longitudinal axis of this piston, with a piston according to the state of the art in the case of FIG. 5A and with a piston according to the present invention in the case of Figure 5B. In these two figures, the bowl 6 of the piston is concave and comprises a pin 9 which rises from the inside of the median part of the bowl towards the cylinder head 8. The pin 9 is substantially of frustoconical general shape and has a top of preferably rounded. This pin 9 is continued towards the bottom of the bowl 6 by a rounded inclined flank 10 and then from this bottom by a side wall 11 having first a bulge 11 'concave at its lower base and then joining the substantially horizontal surface of the upper face of the piston. This bowl shape is particularly suitable for generating additional turbulence and overall aerodynamic motion when associated with a non-circular piston as previously indicated. In Figure 5B, this is shown by the double arrow E, indicating the direction of increased air circulation.

La forme du bol 6 peut aussi être spécifiquement adaptée à l'injecteur utilisé pour une amélioration des performances du moteur. Il est en effet possible de régler l'injecteur de carburant disposé au dessus du bol 6 pour avoir une nappe de jets d'un certain angle. L'angle de nappe de jets est l'angle au sommet que forme le cône issu de l'injecteur entourant tous les jets de carburant issus de cet injecteur. Par exemple, sans que cela soit limitatif, cet angle de nappe peut être compris entre 140° et 160°. Il faut souligner que l'angle de nappe est défini par l'angle au sommet du cône formé par la nappe. De par cette injection ou les injections successives et la distance du bol 6 par rapport à l'injecteur, le carburant est reçu dans le volume creux du bol 6 ce qui assure ainsi un meilleur mélange dans ce bol entre l'air et le carburant injecté. Ce volume creux du bol 6 peut donc être déterminé en fonction de l'injecteur utilisé. The shape of the bowl 6 can also be specifically adapted to the injector used for improving the performance of the engine. It is indeed possible to adjust the fuel injector disposed above the bowl 6 to have a stream of jets of a certain angle. The jet ply angle is the apex angle formed by the cone issuing from the injector surrounding all the fuel jets issuing from this injector. For example, without this being limiting, this angle of coverage may be between 140 ° and 160 °. It should be emphasized that the angle of the ply is defined by the angle at the apex of the cone formed by the ply. By this injection or the successive injections and the distance of the bowl 6 with respect to the injector, the fuel is received in the hollow volume of the bowl 6, which thus ensures a better mixture in this bowl between the air and the injected fuel. . This hollow volume of the bowl 6 can therefore be determined according to the injector used.

La solution proposée par la présente invention permet d'apporter une solution intéressante en termes d'implantation du moteur tout favorisant l'aérodynamique interne des gaz ayant un impact positif sur les émissions polluantes. Avec une telle combinaison bol de piston circulaire et piston à périphérie non circulaire, diverses formes de réalisation sont possibles. Cette solution peut permettre d'augmenter le nombre 10 de cylindres en conservant l'encombrement longitudinal du moteur. Cette solution est de plus particulièrement favorable dans le cas d'un moteur à deux soupapes par cylindre qui est une solution nettement plus économique 15 que son équivalent à quatre soupapes par cylindre. L'avantage d'un moteur à deux soupapes par cylindre par rapport à un moteur à quatre soupapes par cylindre est la réduction de coût. L'inconvénient est directement perceptible au niveau du remplissage en air du moteur et 20 donc induit une baisse de performance en augmentant la consommation. Avec la combinaison bol de piston circulaire et piston à périphérie non circulaire, il est possible de compenser une bonne partie des déficits dus à la réduction du nombre de soupapes. 25 Ainsi, le surcoût engendré par l'usinage d'une périphérie non circulaire pour le piston et sa chemise de cylindre associée, comme précédemment évoqué, est à mettre en regard de l'économie apportée par l'utilisation d'un moteur deux soupapes par cylindre au lieu de quatre, 30 permettant d'économiser une distribution complète comprenant un arbre à cames, des soupapes, des ressorts, des guides, une chaîne d'entraînement etc... Il s'ensuit aussi un gain en encombrement. Une application préférentielle de la présente 35 invention est donc pour un moteur Diesel à deux soupapes par cylindre. The solution proposed by the present invention makes it possible to provide an interesting solution in terms of implementation of the engine while promoting the internal aerodynamics of the gases having a positive impact on the polluting emissions. With such a combination circular piston bowl and non-circular periphery piston, various embodiments are possible. This solution can make it possible to increase the number of cylinders while maintaining the longitudinal dimensions of the engine. This solution is particularly favorable in the case of a two-valve engine per cylinder which is a much cheaper solution than its equivalent to four valves per cylinder. The advantage of a two-valve-per-cylinder engine over a four-valve-per-cylinder engine is cost reduction. The disadvantage is directly noticeable at the level of the air filling of the engine and thus induces a decrease in performance by increasing consumption. With the combination of circular piston bowl and non-circular periphery piston, it is possible to compensate for a good part of the deficits due to the reduction of the number of valves. Thus, the extra cost generated by the machining of a non-circular periphery for the piston and its associated cylinder liner, as previously mentioned, is to be compared with the economy provided by the use of a two-valve engine. per cylinder instead of four, 30 to save a complete distribution comprising a camshaft, valves, springs, guides, a drive chain etc ... It also follows a saving in size. A preferred application of the present invention is therefore for a two-valve diesel engine.

La présente invention peut également être exploitée pour optimiser les surfaces des ouvertures de passage des gaz sans changer le nombre de soupapes, notamment en restant avec quatre soupapes par cylindre. On peut ainsi réduire la course du piston sans que cela soit au détriment de la performance du moteur en utilisant des ouvertures de passage plus grandes. Un moteur plus compact est donc obtenu dans ce cas. The present invention can also be exploited to optimize the surfaces of the gas passage openings without changing the number of valves, including remaining with four valves per cylinder. It is thus possible to reduce the stroke of the piston without this being to the detriment of the engine performance by using larger passage openings. A more compact engine is therefore obtained in this case.

L'association du piston non circulaire et du bol de piston circulaire présente donc de nombreux avantages : augmentation possible de la perméabilité des conduits et de la cylindrée du moteur à iso-encombrement moteur, augmentation possible de la perméabilité des conduits en réduisant l'encombrement moteur, - dans tous les cas, augmentation de la dynamique des gaz au PMH grâce à la forme du bol associé au piston à périphérie non circulaire. The combination of the non-circular piston and the circular piston bowl thus has many advantages: possible increase in the permeability of the ducts and the cubic capacity of the motor with motor iso-bulk, possible increase in the permeability of the ducts by reducing the bulk engine, - in all cases, increase in gas dynamics at TDC due to the shape of the bowl associated with the non-circular periphery piston.

Il est possible d'améliorer encore la performance du moteur en utilisant d'autres caractéristiques de la face flamme. Ces caractéristiques peuvent être, entre autres, la position de l'injecteur dans la chambre, la position de la bougie dans la chambre, la distance entre injecteur et soupapes pour l'admission et l'échappement et la distance entre les soupapes d'admission et d'échappement et le carter cylindre. Par exemple, pour un moteur Diesel, il est possible de régler l'injecteur pour avoir une nappe de jets d'un certain angle. Il est aussi possible de procéder à plusieurs jets de carburant espacés dans le temps pour un ensemble bloc moteur selon l'invention. It is possible to further improve the engine performance by using other characteristics of the flame side. These characteristics can be, among others, the position of the injector in the chamber, the position of the spark plug in the chamber, the distance between the injector and the valves for the intake and the exhaust and the distance between the intake valves. and exhaust and the cylinder block. For example, for a diesel engine, it is possible to adjust the injector to have a jet stream of a certain angle. It is also possible to make several fuel jets spaced in time for a motor unit assembly according to the invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Piston de véhicule automobile présentant un bol (6) à sa partie frontale ainsi qu'une section (f', f", f" ') non circulaire caractérisé en ce que son bol (6) présente une forme circulaire. Motor vehicle piston having a bowl (6) at its front and a section (f ', f ", f"') non-circular characterized in that its bowl (6) has a circular shape.

2. Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il présente une section (f', f", f" ') de forme ovale. 2. Piston according to claim 1, characterized in that it has a section (f ', f ", f"') of oval shape.

3. Piston selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que son bol (6) est concave et comprend un téton (9) central faisant saillie dans sa partie médiane, ce téton (9) étant sensiblement de forme générale tronconique, et présentant un sommet arrondi. 3. Piston according to claim 1 or 2, characterized in that its bowl (6) is concave and comprises a stud (9) central protruding in its middle part, this stud (9) being substantially of frustoconical general shape, and having a rounded top.

4. Piston selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ce téton (9) est complété en direction du fond du bol (6) par un flanc incliné (10) convexe puis à partir de ce fond par une paroi latérale (11) présentant d'abord un renflement concave (11') à sa base inférieure puis rejoignant la surface sensiblement horizontale de la partie frontale de piston (1'). 4. Piston according to the preceding claim, characterized in that this pin (9) is completed in the direction of the bottom of the bowl (6) by a inclined sidewall (10) convex and then from this bottom by a side wall (11) having first a concave bulge (11 ') at its lower base and then joining the substantially horizontal surface of the piston front portion (1').

5. Bloc moteur comprenant plusieurs cylindres (1') dans chacun desquels coulisse un piston, caractérisé en ce que chaque piston est conforme à l'une quelconque des revendications précédentes. 5. Engine block comprising a plurality of cylinders (1 ') in each of which slides a piston, characterized in that each piston is in accordance with any one of the preceding claims.

6. Ensemble bloc moteur et culasse, cette culasse (8) recouvrant le bloc moteur et formant une chambre de combustion avec chaque cylindre (1') associé à un piston, cette culasse (8) présentant au moins une ouverture d'admission (4', 4", 4"') d'air avec une soupape d'admission et une ouverture d'échappement (5', 5", 5" ') d'air avec une soupape d'échappement, caractérisé en ce que chaque piston est conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4. 6. Together engine block and cylinder head, this cylinder head (8) covering the engine block and forming a combustion chamber with each cylinder (1 ') associated with a piston, the cylinder head (8) having at least one intake opening (4). 4 ", 4" ') of air with an intake valve and an exhaust opening (5', 5 ", 5" ') of air with an exhaust valve, characterized in that each piston according to any one of claims 1 to 4.

7. Ensemble bloc moteur et culasse selon les revendications 3, 4 et 6, caractérisé en ce que laculasse (8) présente un injecteur (2) de carburant produisant une nappe de carburant avec un angle de nappe sur le téton (9) du bol (6). 7. Engine block and cylinder head assembly according to claims 3, 4 and 6, characterized in that laculasse (8) has a fuel injector (2) producing a fuel ply with a ply angle on the nipple (9) of the bowl (6).

8. Ensemble bloc moteur et culasse selon la 5 revendication 7, caractérisé en ce qu'il est du type à deux soupapes. 8. Engine block assembly and cylinder head according to claim 7, characterized in that it is of the type with two valves.

9. Ensemble bloc moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est à alimentation Diesel. 9. Engine block assembly according to claim 8, characterized in that it is diesel powered.