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WO2007118952A1 - Procede pour melanger au moins un fluide gazeux et un carburant dans la chambre de combustion d’un moteur a combustion interne a injection directe, et moeur utilisant un tel procede - Google Patents

Procede pour melanger au moins un fluide gazeux et un carburant dans la chambre de combustion d’un moteur a combustion interne a injection directe, et moeur utilisant un tel procede Download PDF

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Publication number
WO2007118952A1
WO2007118952A1 PCT/FR2007/000468 FR2007000468W WO2007118952A1 WO 2007118952 A1 WO2007118952 A1 WO 2007118952A1 FR 2007000468 W FR2007000468 W FR 2007000468W WO 2007118952 A1 WO2007118952 A1 WO 2007118952A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel
internal combustion
combustion engine
bowl
gaseous fluid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2007/000468
Other languages
English (en)
Inventor
Bruno Walter
Sébastien Potteau
Didier Ambrazas
Alexandre Pagot
Fabrice Cedrone
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IFP Energies Nouvelles IFPEN filed Critical IFP Energies Nouvelles IFPEN
Publication of WO2007118952A1 publication Critical patent/WO2007118952A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0672—Omega-piston bowl, i.e. the combustion space having a central projection pointing towards the cylinder head and the surrounding wall being inclined towards the cylinder center axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0645—Details related to the fuel injector or the fuel spray
    • F02B23/0648—Means or methods to improve the spray dispersion, evaporation or ignition
    • F02B23/0651—Means or methods to improve the spray dispersion, evaporation or ignition the fuel spray impinging on reflecting surfaces or being specially guided throughout the combustion space
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a method for mixing at least one gaseous fluid and a fuel in the combustion chamber of a direct injection internal combustion engine, in particular of the Diesel type.
  • the invention also relates to an internal combustion engine using such a method.
  • this "swirl” may result from at least one intake manifold arranged tangentially and radially to the combustion chamber, said tangential tubular.
  • the gaseous fluid contained in this tubing is admitted along the wall of the cylinder and circulates in a swirling motion around the main axis of the combustion chamber.
  • the "swirl” may also be generated by at least one helical-shaped tube, called a helical tube, which is shaped such that the gaseous fluid already has a swirling movement as soon as it enters this combustion chamber, as is better described. in French Patent Application No. 2792 034. It may also be envisaged to associate at least one tangential tubular with at least one helical tubing to generate this swirling motion.
  • the "swirl" given to the gaseous fluid has the advantage of improving the mixing of this fluid with the fuel while reducing the emissions of pollutants, such as fumes.
  • the present invention proposes to overcome the drawbacks mentioned above by means of a method and a motor which make it possible to obtain a better mixture of the gaseous fluid with the fuel injected into the combustion chamber without using only the "swirl" generated by tubing.
  • the invention relates to a method for mixing at least one gaseous fluid with fuel in at least one combustion chamber of a direct injection internal combustion engine, said chamber comprising a concave bowl in which a nipple and said motor further comprising a fuel injector and means for admitting at least one gaseous fluid, characterized in that it comprises introducing the gaseous fluid into the combustion chamber by the admission means and carrying out a setting rotating the fuel so as to obtain a mixture between said fluid and said fuel in said chamber.
  • the method may include rotating the fuel in a swirling motion after being injected into the combustion chamber.
  • the method may consist of rotating the fuel in a vortex movement coaxial with that of the pin axis.
  • the method may include rotating the fuel from the region of the beginning of the contact between the fuel and the bowl.
  • the invention also relates to an internal combustion engine comprising at least one cylinder, a cylinder head, a piston sliding in this cylinder, a fuel injector with a jet stream angle, a combustion chamber with a concave bowl in which erects a nipple, means for admitting at least one gaseous fluid, characterized in that the combustion chamber comprises means for rotating the injected fuel.
  • the rotating means can be placed on at least one of the surfaces of the bowl.
  • the rotating means can be placed on the region of one of the surfaces of the bowl where the beginning of the contact with the fuel occurs.
  • the rotating means may comprise a radial deflector wall in the form of a helix portion.
  • the rotating means may comprise a radial groove in the form of a helix portion having a deflecting wall.
  • the groove may have a curved bottom connected to one of the surfaces of the bowl.
  • the groove may have an evolutionary circumferential width.
  • the ply angle of the injector is chosen between 0 ° and 120 °.
  • FIG. 1 which schematically shows an internal combustion engine using the process according to the invention
  • Figure 2 which is a schematic top view of the piston of the engine of Figure 1
  • Figure 3 which is a perspective view of the same piston of the engine
  • Figure 4 which is a local section along the line AA of Ia Figure 2.
  • an internal combustion engine in particular of the type
  • Diesel comprises at least one cylinder 10 of vertical axis XX ', a cylinder head 12, at least one intake manifold 14 of gaseous fluid (s), such as air or a mixture of air and recirculated gas (EGR), at least one exhaust pipe 16.
  • the pipes are controlled in opening and closing, each by a closure means such as, respectively, an intake valve 18 and an exhaust valve 20.
  • This engine also comprises a piston 22 sliding in the cylinder 10 and an injector multi-jet fuel 24, preferably arranged in the axis XX 'of the cylinder and from which are derived jets 26 of fuel.
  • the fuel injector is of the low-angle-of-air-type type ai and is chosen so that the walls of the cylinder are never wetted by the fuel for any piston position between +50. ° and + a or between -50 ° and -a, where a represents the crankshaft angle for the selected injection phase relative to the top dead center (TDC), this angle a being greater than 50 ° and less than or equal to at 180 °.
  • CD denotes the diameter of the cylinder 10 (in mm) and F the distance (in mm) between the point of origin of the jets of the injector 24 and the position of the piston corresponding to a crankshaft angle of 50 °, then the angle of coverage ai (in degree) will be less than CD or equal to lArctg
  • a typical angular range for the nappe angle ai is at most
  • the combustion chamber 28 of the cylinder 10 is thus delimited by the internal face of the cylinder head 12 opposite the piston 22, the circular wall of the cylinder 10 and the upper part of the piston 22.
  • This upper part comprises a concave bowl 30 inside which is disposed a pin 32 which rises towards the cylinder head 12 in the center of this bowl.
  • the general axis of the bowl 30, the axis of the injector 24 and the axis of the pin 32 coincide with the axis XX 1 of the cylinder.
  • the axes of the bowl, the injector and the pin are not coaxial with that of the cylinder, but it is desirable that the arrangement is such that the axis of the sheet of fuel jets 26 from the injector 24 and the axis of the pin 32 are substantially coaxial.
  • the stud 32 of generally conical shape, has a vertex 34, preferably rounded, continuing towards the bottom 36 of the bowl, by a flank inclined 38 substantially rectilinear.
  • substantially flat, part a substantially straight side wall 40 inclined towards the axis XX 'and joining a substantially horizontal surface 42 of the upper part of the piston 22 by a junction zone 43 (or reentrant) , which is in the form of a rounding between the wall 40 and the surface 42.
  • the apex angle of the stud 32 and the angle of inclination of the side wall 40 of the bowl 30 are adapted substantially to the angle ply a- ⁇ of the injector 24 so that, with an injection the fuel is injected substantially along the flank 38 of the nipple, slides along the flank, then travels the flat bottom 36 and finally rises along the side wall 40 of the bowl to get out of the fuel tank. this bowl.
  • the angle of inclination of the side wall 40 of the bowl 30, the apex angle of the stud 32 and the ply angle of the injector 24 are configured from such that, with also a fuel injection close to the top dead point combustion, the fuel is injected on the wall 40, slides along this wall, arrives on the bottom 36, travels this flat bottom and then goes up along the sidewall 38 nipple to finally get out of the bowl.
  • the fuel is injected, with also fuel injection close to the top burned point, on the zone 43 in such a way that the fuel divides into two parts which follow different paths. A first part of this fuel slides along the wall 40, the bottom 36 and the side 38 and another part moves on the surface 42 of the upper part of the piston 22.
  • the combustion chamber 28 is adapted to receive, through the intake manifold 14, at least one gaseous fluid, such as outside air or a mixture of air and recirculated exhaust gas (EGR), in such a way that this fluid is mixed with the fuel introduced in the form of droplets into this chamber by the injector 24.
  • gaseous fluid such as outside air or a mixture of air and recirculated exhaust gas (EGR)
  • EGR recirculated exhaust gas
  • these means comprise grooves 46 in the form of a helix portion, advantageously identical to each other, which are arranged radially at the axis XX 'and at equidistance angular any of the other.
  • These grooves have, preferably, a width, considered circumferentially, which is scalable from the beginning of the helix to its termination.
  • the grooves begin in the region of contact between the fuel and the pin, here at the region of the apex 34 of the stud 32, and develop in a helical curvature along the surfaces of the bowl (flank 38, bottom 36 and wall 40).
  • a fuel injector with six fuel jets and consequently to provide six identical grooves regularly distributed circumferentially around the axis XX 1 in concordance with the fuel jets.
  • these grooves have a developed such that their transverse width increases as a function of the distance to the axis XX 'and more particularly as a function of the distance from this axis.
  • a first set in which the grooves, in the form of a helix portion, will originate at this zone and will develop along the wall 40, the bottom 36 and the sidewall 38, also having a transverse width that varies according to the approximation of the axis XX 'and a second whose grooves, also in the form of a helix portion, will also originate at the zone 43 but which will develop on the surface 42 also having a transverse width which varies in function of its distance with the axis XX '.
  • the cross section of the grooves has a specific shape that allows, in combination with the helical shape of the groove, to better rotate the fuel in a swirling motion about the axis XX '.
  • This groove section substantially U-shaped open towards the cylinder head, consists of a deflector wall 48, called deflector in the following description, for one of the vertical branches of the U and a bottom 50 for which the other branch of the U and the bottom of this U are merged.
  • This deflector is a vertical wall substantially parallel to the axis XX and develops in the helical shape along the flank 38, the bottom 36 and the wall 40.
  • the deflector is used to put in circumferential movement around the axis XX 1 the fuel and guide it along its path out of the bowl.
  • the bottom of the groove is shaped so that it is merged with the other branch of the U and has a curved concave surface 52 which originates at the foot of the baffle 48 and which ends at the bottom surface 36 of the bowl in one end.
  • edge 54 while following the curvature of the deflector.
  • the edge 54 also has a helical-like shape similar to that of the deflector but is angularly offset with respect thereto so as to provide a groove with an evolutive transverse cross-section. which has the effect of accelerating the helical radial displacement of the fuel and / or the fuel mixture.
  • a gaseous fluid is contained in the combustion chamber in order to achieve a mixture of this gaseous fluid with fuel.
  • the injector 24 at low angle of coverage as described above, introduces the fuel into the combustion chamber and more precisely into the bowl 30.
  • This fuel in the form of a jet ply 26 (a single jet is shown in the figures 2 and 3 for clarity of the figures), is projected on the pin 32 and comes into contact with its flank 36 in a region near its top.
  • the fuel of each jet is introduced into the groove that corresponds to it and slides along these grooves. This fuel can thus vaporize as it moves away from the axis XX '.
  • the fuel is subjected, throughout this deflector, to a pulse which gives it a rotational movement about the axis XX ', here in a clockwise direction.
  • this fuel in liquid and / or vapor form, emerges from this groove by the edge 54 as shown by the arrows S in FIG. 2.
  • the fuel can cause this fluid and mix easily with it in and throughout the groove. This fuel comes out along the edge 54 and then continues to mix with the gaseous fluid present between two grooves successive. Thus at the outlet of the bowl, it is possible to better mix the fuel and the gaseous fluid.
  • the fuel Due to the rotational movement of the fuel, it can mix with the gaseous fluid which is usually located in hard-to-reach regions such as the region at the intersection of the side wall 40 and the bottom of the bowl 36.
  • the grooves extend over all the constituent walls of the bowl 30, but it may be envisaged that these grooves extend over part of these walls, that is to say on the flank 38 of the nipple and / or in the bottom 36 of the bowl and / or in the side wall 40.
  • the essential point lies in the fact that the beginning of the flared groove is in the region of contact between the fuel jets. and this bowl.

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Abstract

L'invention concerne un procédé pour assurer le mélange d'au moins un fluide gazeux avec du carburant dans au moins une chambre de combustion (28) d'un moteur à combustion interne à injection directe, ladite chambre comprenant un bol concave (30) dans lequel s'érige un téton (32) et ledit moteur comprenant en outre un injecteur (24) de carburant ainsi que des moyens d'admission (14, 18) d'au moins un fluide gazeux. Selon l'invention, le procédé consiste à introduire le fluide gazeux dans la chambre de combustion par les moyens d'admission (14, 18) et à réaliser une mise en rotation du carburant de manière à obtenir un mélange entre ledit fluide et ledit carburant dans ladite chambre.

Description

Procédé pour mélanger au moins un fluide gazeux et un carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne à injection directe, et moteur utilisant un tel procédé.
La présente invention se rapporte à un procédé destiné à assurer le mélange d'au moins un fluide gazeux et d'un carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne à injection directe, notamment de type Diesel.
L'invention concerne également un moteur à combustion interne utilisant un tel procédé.
Il est déjà connu dans les moteurs Diesel à combustion traditionnelle d'utiliser une admission du fluide gazeux, tel que de l'air ou un mélange d'air et de gaz d'échappement recirculés, avec un mouvement particulier pour favoriser le mélange entre ce fluide et le carburant injecté dans la chambre de combustion d'un cylindre. Ceci permet d'obtenir un mélange carburé plus ou moins homogène qui peut ensuite brûler, en partie, par auto-inflammation en pré-mélange.
Pour obtenir un tel mélange, il est connu de donner un mouvement tourbillonnaire à ce fluide gazeux, c'est-à-dire un mouvement de rotation de ce fluide autour d'un axe sensiblement parallèle ou confondu à celui du cylindre et plus particulièrement à celui de la chambre de combustion. Ce mouvement est généré, soit après l'admission de ce fluide dans la chambre de combustion, soit dès son entrée dans cette chambre pour que ce fluide gazeux se mélange ensuite "par brassage" avec le carburant injecté sous forme de fines gouttelettes et qui se vaporisent. Ce mouvement tourbillonnaire du fluide gazeux est plus connu par l'homme du métier sous le terme anglais de "swirl".
De nombreux dispositifs sont connus pour générer l'énergie nécessaire à l'obtention de ce "swirl". Généralement, cette énergie provient de conformations spécifiques de tubulures d'admission. Ainsi, ce "swirl" peut découler d'au moins une tubulure d'admission disposée tangentiellement et de manière radiale à la chambre de combustion, dite tubulure tangentielle. Le fluide gazeux contenu dans cette tubulure est admis le long de la paroi du cylindre et circule selon un mouvement tourbillonnaire autour de l'axe principal de la chambre de combustion. Le "swirl" peut être également généré par au moins une tubulure de forme hélicoïde, dite tubulure hélicoïdale, qui est conformée de telle sorte que le fluide gazeux ait déjà un mouvement tourbillonnaire dès son entrée dans cette chambre de combustion, comme cela est mieux décrit dans la demande de brevet français N° 2792 034. Il peut être également envisagé d'associer au moins une tubulure tangentielle avec au moins une tubulure hélicoïdale pour générer ce mouvement tourbillonnaire.
Le "swirl" donné au fluide gazeux a pour avantage d'améliorer le mélange de ce fluide avec le carburant tout en diminuant les émissions de polluants, telles que les fumées.
Cependant, la disposition dans la culasse du moteur de la tubulure tangentielle et/ou de la tubulure hélicoïdale est parfois difficile compte tenu essentiellement des éléments contenus dans cette culasse, comme son circuit de circulation du liquide de refroidissement. De plus, l'encombrement autour du moteur peut rendre difficile l'implantation de telles tubulures ou n'en autoriser que partiellement la mise en place, ce qui ne permet pas d'obtenir le "swirl" souhaité.
La présente invention se propose de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus grâce à un procédé et à un moteur qui permettent d'obtenir un meilleur mélange du fluide gazeux avec le carburant injecté dans la chambre de combustion sans pour cela utiliser uniquement le "swirl" généré par des tubulures.
A cet effet, l'invention concerne un procédé pour assurer le mélange d'au moins un fluide gazeux avec du carburant dans au moins une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne à injection directe, ladite chambre comprenant un bol concave dans lequel s'érige un téton et ledit moteur comprenant en outre un injecteur de carburant ainsi que des moyens d'admission d'au moins un fluide gazeux, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire le fluide gazeux dans la chambre de combustion par les moyens d'admission et à réaliser une mise en rotation du carburant de manière à obtenir un mélange entre ledit fluide et ledit carburant dans ladite chambre.
Le procédé peut consister à réaliser une mise en rotation dans un mouvement tourbillonnaire du carburant après son injection dans la chambre de combustion.
Le procédé peut consister à réaliser une mise en rotation du carburant dans un mouvement tourbillonnaire coaxial à celui de l'axe du téton.
Le procédé peut consister à réaliser une mise en rotation du carburant à partir de la région du début du contact entre le carburant et le bol.
L'invention concerne également un moteur à combustion interne comprenant au moins un cylindre, une culasse, un piston coulissant dans ce cylindre, un injecteur de carburant avec un angle de nappe de jets, une chambre de combustion avec un bol concave dans lequel s'érige un téton, des moyens d'admission d'au moins un fluide gazeux, caractérisé en ce que la chambre de combustion comprend des moyens de mise en rotation du carburant injecté.
Les moyens de mise en rotation peuvent être placés sur au moins une des surfaces du bol.
Les moyens de mise en rotation peuvent être placés sur la région d'une des surfaces du bol où se produit le début du contact avec Ie carburant.
Les moyens de mise en rotation peuvent comprendre une paroi déflectrice radiale en forme de portion d'hélice. Les moyens de mise en rotation peuvent comprendre une rainure radiale en forme de portion d'hélice comportant une paroi déflectrice.
La rainure peut comporter un fond courbe raccordé à une des surfaces du bol.
Avantageusement, la rainure peut présenter une largeur circonférentielle évolutive.
De manière préférentielle, l'angle de nappe de l'injecteur est choisi entre 0° et 120°.
Les autres caractéristiques et avantages de l'invention vont ressortir à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et à laquelle sont annexées : la figure 1 qui montre schématiquement un moteur à combustion interne utilisant le procédé selon l'invention ; la figure 2 qui est une vue schématique de dessus du piston du moteur de la figure 1 ; la figure 3 qui est une vue en perspective du même piston du moteur et la figure 4 qui est une coupe locale selon la ligne AA de Ia figure 2.
Sur la figure 1 , un moteur à combustion interne, en particulier de type
Diesel, comprend au moins un cylindre 10 d'axe vertical XX', une culasse 12, au moins une tubulure d'admission 14 de fluide(s) gazeux, tel que de l'air ou un mélange d'air et de gaz recirculés (EGR), au moins une tubulure d'échappement 16. Les tubulures sont commandées en ouverture et en fermeture, chacune, par un moyen d'obturation tel que, respectivement, une soupape d'admission 18 et une soupape d'échappement 20. Ce moteur comprend également un piston 22 coulissant dans le cylindre 10 et un injecteur de carburant 24 multi-jets, de préférence disposé dans l'axe XX' du cylindre et à partir duquel sont issus des jets 26 de carburant.
Dans l'exemple non limitatif de la figure 1 , l'injecteur de carburant est de type à faible angle de nappe ai et est choisi pour que les parois du cylindre ne soient jamais mouillées par le carburant pour toute position du piston comprise entre +50° et +a ou entre -50° et -a , où a représente l'angle du vilebrequin pour la phase d'injection choisie par rapport au point mort haut (PMH), cet angle a étant supérieur à 50° et inférieur ou égal à 180°. Si CD désigne le diamètre du cylindre 10 (en mm) et F la distance (en mm) entre le point d'origine des jets de l'injecteur 24 et la position du piston correspondant à un angle de vilebrequin de 50° , alors l'angle de nappe ai (en degré) sera inférieur CD ou égal à lArctg
2F
Une fourchette angulaire typique pour l'angle de nappe ai est au plus de
120° et préférentiellement entre 40° et 100°.
La chambre de combustion 28 du cylindre 10 est ainsi délimitée par la face interne de la culasse 12 en regard du piston 22, la paroi circulaire du cylindre 10 et la partie supérieure du piston 22.
Cette partie supérieure comprend un bol concave 30 à l'intérieur duquel est disposé un téton 32 qui s'élève vers la culasse 12 en se situant au centre de ce bol.
Dans l'exemple représenté, l'axe général du bol 30, l'axe de l'injecteur 24 et l'axe du téton 32 sont confondus avec l'axe XX1 du cylindre. Bien entendu, il peut être prévu que les axes du bol, de l'injecteur et du téton ne soient pas coaxiaux avec celui du cylindre, mais il est souhaitable que la disposition soit telle que l'axe de la nappe de jets de carburant 26 issus de l'injecteur 24 et l'axe du téton 32 soient sensiblement coaxiaux. Le téton 32, de forme générale conique, comporte un sommet 34, de préférence arrondi, se poursuivant, en direction du fond 36 du bol, par un flanc incliné 38 sensiblement rectiligne. A partir de ce fond, ici sensiblement plat, part une paroi latérale sensiblement rectiligne 40 inclinée en direction de l'axe XX' et rejoignant une surface sensiblement horizontale 42 de la partie supérieure du piston 22 par une zone de jonction 43 (ou réentrant), qui se présente sous la forme d'un arrondi entre la paroi 40 et la surface 42.
L'angle au sommet du téton 32 et l'angle d'inclinaison de la paroi latérale 40 du bol 30 sont adaptés sensiblement à l'angle de nappe a-\ de l'injecteur 24, de façon à ce que, avec une injection de carburant proche du point mort haut combustion, le carburant soit injecté sensiblement le long du flanc 38 du téton, glisse le long de ce flanc, puis parcourt le fond plat 36 et enfin remonte le long de la paroi latérale 40 du bol pour sortir de ce bol.
Bien entendu, il n'est pas écarté la possibilité selon laquelle l'angle d'inclinaison de la paroi latérale 40 du bol 30, l'angle au sommet du téton 32 et l'angle de nappe de l'injecteur 24 soient configurés de telle sorte que, avec également une injection de carburant proche du point mort haut combustion, le carburant soit injecté sur la paroi 40, glisse le long de cette paroi, arrive sur le fond 36, parcourt ce fond plat puis remonte le long du flanc 38 du téton pour enfin sortir du bol.
En variante, il peut aussi être prévu que le carburant soit injecté, avec également une injection de carburant proche du point mort haut combustion, sur la zone 43 d'une manière telle que le carburant se divise en deux parties qui suivent des cheminements différents. Une première partie de ce carburant glisse le long de la paroi 40, du fond 36 et du flanc 38 et une autre partie se déplace sur la surface 42 de la partie supérieure du piston 22.
La chambre de combustion 28 est adaptée à recevoir, par la tubulure d'admission 14, au moins un fluide gazeux, comme de l'air extérieur ou un mélange d'air et de gaz d'échappement recirculés (EGR), de telle manière que ce fluide soit mélangé avec le carburant introduit sous forme de gouttelettes dans cette chambre par l'injecteur 24. Pour permettre un meilleur mélange entre ce fluide gazeux et le carburant, il est prévu de créer un mouvement tourbillonnaire du carburant à l'intérieur de cette chambre, et plus particulièrement autour de l'axe XX1 qui est ici confondu avec celui de la chambre de combustion. Plus particulièrement, ce mouvement tourbillonnaire est généré non pas par le fluide gazeux mais par le carburant présent dans ce bol. Dans la description qui va suivre, ce mouvement tourbillonnaire est procuré au carburant durant son introduction dans la chambre de combustion.
Ainsi, pour pouvoir générer l'énergie nécessaire à la création d'un mouvement tourbillonnaire du carburant autour de l'axe XX', il est prévu de disposer à l'intérieur du bol des moyens de mise en rotation 44 du carburant durant son introduction. En se rapportant en plus aux figures 2 et 3, ces moyens comprennent des rainures 46 en forme de portion d'hélice, avantageusement identiques les unes avec les autres, qui sont disposées radialement à l'axe XX' et à équidistance angulaire les unes des autres. Ces rainures présentent, de manière préférentielle, une largeur, considérée circonférentiellement, qui est évolutive du début de l'hélice à sa terminaison. Il est prévu, en outre, d'avoir un nombre de rainures en forme de portion d'hélice identique au nombre de jets du carburant de manière à ce que chaque jet de carburant soit contrôlé par la rainure en vis-à-vis, comme cela sera explicité plus en détail dans la suite de la description. Dans le cas d'un injecteur à faible angle de nappe a-\ comme évoqué ci- dessus, les rainures prennent naissance dans la région de contact entre le carburant et le téton, ici au niveau de la région du sommet 34 du téton 32, et se développent selon une courbure en forme d'hélice tout au long des surfaces du bol (flanc 38, fond 36 et paroi 40). A titre d'exemple comme montré sur les figures, il est prévu d'utiliser un injecteur de carburant avec six jets de carburant et conséquemment de prévoir six rainures identiques réparties régulièrement circonférentiellement autour de l'axe XX1 en concordance avec les jets de carburant. Avantageusement, ces rainures ont un développé tel que leur largeur transversale augmente en fonction de la distance à l'axe XX' et plus particulièrement en fonction de l'éloignement de cet axe.
Bien entendu, si un injecteur avec un fort angle de nappe de jets de carburant est utilisé, la région de contact entre le carburant et le bol se produira au niveau de la paroi latérale 40 de ce bol. Les rainures prendront donc naissance au niveau de cette paroi latérale et se développeront tout au long de la paroi 40, du fond 36 et du flanc 38 en ayant également une largeur transversale qui varie en fonction du rapprochement de l'axe XX1.
Dans le cas d'une injection de carburant au niveau de la zone de jonction 43, il est prévu d'utiliser deux jeux de rainures. Un premier jeu dont les rainures, en forme de portion d'hélice, prendront naissance au niveau de cette zone et se développeront tout au long de la paroi 40, du fond 36 et du flanc 38 en ayant également une largeur transversale qui varie en fonction du rapprochement de l'axe XX' et un deuxième dont les rainures, également en forme de portion d'hélice, prendront aussi naissance au niveau de la zone 43 mais qui se développeront sur la surface 42 en ayant également une largeur transversale qui varie en fonction de sa distance avec l'axe XX'.
Comme mieux illustré sur la figure 4, la section transversale des rainures a une forme spécifique qui permet, en association avec la forme en hélice de cette rainure, de mieux mettre en rotation le carburant dans un mouvement tourbillonnaire autour de l'axe XX'. Cette section de rainure, en forme sensiblement de U ouverte vers la culasse, se compose d'une paroi déflectrice 48, dénommée déflecteur dans la suite de la description, pour une des branches verticales du U et d'un fond 50 pour lequel l'autre branche du U et le fond de ce U sont confondus. Ce déflecteur est une paroi verticale sensiblement parallèle à l'axe XX et se développe selon la forme en hélice tout au long du flanc 38, du fond 36 et de la paroi 40. Le déflecteur est utilisé pour mettre en mouvement circonférentiel autour de l'axe XX1 le carburant et le guider tout au long de son cheminement hors du bol. Le fond de la rainure est conformé de telle sorte qu'il soit confondu avec l'autre branche du U et présente une surface concave courbe 52 qui prend naissance au pied du déflecteur 48 et qui aboutit à la surface du fond 36 du bol en une arête 54 tout en suivant la courbure du déflecteur. Comme visible sur les figures 2 et 3, l'arête 54 a également un développé en forme d'hélice semblable à celui du déflecteur mais est décalée angulairement par rapport à celui-ci de manière à réaliser une rainure avec une section transversale évolutive, ce qui a pour effet d'accélérer le déplacement radial en hélice du carburant et/ou du mélange carburé.
Ainsi, en fonctionnement pour une position du piston proche du PMH comme montré sur la figure 1 , un fluide gazeux est contenu dans la chambre de combustion dans le but de réaliser un mélange de ce fluide gazeux avec du carburant. L'injecteur 24 à faible angle de nappe tel que décrit précédemment, introduit le carburant dans la chambre de combustion et plus précisément dans le bol 30. Ce carburant, sous forme de nappe de jets 26 (dont un seul jet est représenté sur les figures 2 et 3 au titre de la clarté des figures), est projeté sur le téton 32 et vient en contact de son flanc 36 dans une région proche de son sommet. Le carburant de chaque jet est introduit dans la rainure qui lui correspond et glisse le long de ces rainures. Ce carburant peut ainsi se vaporiser au fur et à mesure de son éloignement de l'axe XX'. Simultanément à ce mouvement et sous l'effet de la courbure du déflecteur en hélice 48, le carburant est soumis, tout au long de ce déflecteur, à une impulsion qui lui donne un mouvement de rotation autour de l'axe XX', ici dans un sens horaire. Sous l'effet de cette impulsion, ce carburant, sous forme liquide et/ou vapeur, ressort de cette rainure par l'arête 54 comme montré par les flèches S sur la figure 2. Compte tenu de la vitesse circonférentielle conférée au carburant par le déflecteur et de la relative immobilité du fluide gazeux contenu dans le bol, le carburant peut entraîner ce fluide et se mélanger aisément avec celui-ci dans et tout au long de la rainure. Ce carburant en ressort le long de l'arête 54 puis continue à se mélanger avec le fluide gazeux présent entre deux rainures successives. Ainsi à la sortie du bol, il est possible de mieux mélanger le carburant et le fluide gazeux.
Grâce au mouvement en rotation du carburant, celui-ci peut se mélanger avec le fluide gazeux qui est situé habituellement dans des régions difficiles d'accès comme la région à l'intersection de la paroi latérale 40 et le fond du bol 36.
De ce fait, la quasi totalité du carburant est mélangé avec le fluide gazeux ce qui permet d'améliorer la combustion qui en résulte en obtenant une bonne vitesse de combustion et des richesses de fonctionnement élevées, traduisant une bonne utilisation du fluide gazeux admis et du carburant injecté. De plus ceci permet de réduire la production des hydrocarbures imbrûlés et des fumées et d'améliorer la performance du moteur.
La présente invention n'est pas limitée à l'exemple décrit mais englobe toutes variantes.
Notamment, il est fait mention dans ce qui précède que les rainures s'étendent sur toutes les parois constitutives du bol 30, mais il peut être envisagé que ces rainures s'étendent sur une partie de ces parois, c'est-à-dire sur le flanc 38 du téton et/ou dans le fond 36 du bol et/ou dans la paroi latérale 40. L'essentiel réside dans le fait que le début de la rainure évasée se situe dans la région de contact entre les jets de carburant et ce bol.

Claims

REVENDICATIONS
1) Procédé pour assurer le mélange d'au moins un fluide gazeux avec du carburant dans au moins une chambre de combustion (28) d'un moteur à combustion interne à injection directe, ladite chambre comprenant un bol concave (30) dans lequel s'érige un téton (32) et ledit moteur comprenant en outre un injecteur (24) de carburant ainsi que des moyens d'admission (14, 18) d'au moins un fluide gazeux, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire le fluide gazeux dans la chambre de combustion par les moyens d'admission (14, 18) et à réaliser une mise en rotation du carburant de manière à obtenir un mélange entre ledit fluide et ledit carburant dans ladite chambre.
2) Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une mise en rotation dans un mouvement tourbillonnaire du carburant après son injection dans la chambre de combustion (28, 30, 32).
3) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une mise en rotation du carburant dans un mouvement tourbillonnaire coaxial à celui de l'axe du téton (32).
4) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une mise en rotation du carburant à partir de la région du début du contact entre le carburant et le bol (30).
5) Moteur à combustion interne comprenant au moins un cylindre (10), une culasse (12), un piston (22) coulissant dans ce cylindre, un injecteur (24) de carburant avec un angle de nappe (a-i) de jets (26), une chambre de combustion (28) avec un bol concave (30) dans lequel s'érige un téton (32), des moyens d'admission (14, 16) d'au moins un fluide gazeux, caractérisé en ce que la chambre de combustion (28) comprend des moyens de mise en rotation (44) du carburant injecté. 6) Moteur à combustion interne selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de mise en rotation sont placés sur au moins une des surfaces (38, 36, 40) du bol (30).
7) Moteur à combustion interne selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les moyens de mise en rotation sont placés sur la région d'une des surfaces (38, 36, 40) du bol (30) où se produit le début du contact avec le carburant.
8) Moteur à combustion interne selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les moyens de mise en rotation comprennent une paroi déflectrice radiale (48) en forme de portion d'hélice.
9) Moteur à combustion interne selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les moyens de mise en rotation comprennent une rainure radiale en forme de portion d'hélice (46) comportant une paroi déflectrice (48).
10) Moteur à combustion interne selon la revendication 9, caractérisé en ce que la rainure comporte un fond courbe (52) raccordé à une des surfaces (38, 36, 40) du bol (30).
11) Moteur à combustion interne selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que la rainure (46) présente une largeur circonférentielle évolutive.
12) Moteur à combustion interne selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'angle de nappe (a-i) de l'injecteur (24) est choisi entre 0° et 120°.
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