FR2743109A1 - Controlled ignition I.C. engine, with spark produced in pre-combustion chamber - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un moteur à combustion interne à allumage commandé muni d'une préchambre d'amorçage de la combustion. The invention relates to an internal combustion engine with positive ignition provided with a precombustion chamber for initiating combustion.
L'invention concerne plus particulièrement un moteur à combustion interne à allumage commandé, du type dans lequel une bougie d'allumage provoque une étincelle propre à déclencher la combustion d'un mélange air/carburant contenu dans une chambre de combustion d'un cylindre du moteur, du type dans lequel l'étincelle est provoquée dans une préchambre de volume réduit qui communique avec la chambre de combustion par au moins un orifice et qui est munie d'une alimentation indépendante en carburant, ou en mélange carburé, permettant d'obtenir dans la préchambre un mélange riche en carburant au moment de l'allumage, du type dans lequel la préchambre est sensiblement cylindrique, du type dans lequel une entrée d'alimentation en carburant est agencée dans une partie supérieure de la préchambre, du type dans lequel une électrode centrale de la bougie est agencée axialement dans la partie supérieure de la préchambre, et du type dans lequel l'orifice de communication est percé dans une paroi transversale inférieure de la préchambre. The invention relates more particularly to an internal combustion engine with positive ignition, of the type in which a spark plug causes a spark capable of triggering the combustion of an air / fuel mixture contained in a combustion chamber of a cylinder of the engine, of the type in which the spark is produced in a prechamber of reduced volume which communicates with the combustion chamber through at least one orifice and which is provided with an independent supply of fuel, or of a fuel mixture, making it possible to obtain in the prechamber a mixture rich in fuel at the time of ignition, of the type in which the prechamber is substantially cylindrical, of the type in which a fuel supply inlet is arranged in an upper part of the prechamber, of the type in which a central electrode of the spark plug is arranged axially in the upper part of the prechamber, and of the type in which the communication orifice is pierced in a lower transverse wall of the prechamber.
Dans le but de réduire la consommation de carburant des moteurs à combustion interne équipant les véhicules automobiles, mais aussi dans le but d'en réduire les émissions de polluants, il est nécessaire de maîtriser au mieux la combustion du mélange dans le cylindre en assurant une combustion la plus complète possible du carburant et en maîtrisant la propagation de la flamme dans le mélange carburé pour limiter les pics de pression et de température dans le cycle de fonctionnement du moteur. In order to reduce the fuel consumption of internal combustion engines fitted to motor vehicles, but also in order to reduce the emission of pollutants, it is necessary to best control the combustion of the mixture in the cylinder by ensuring combustion of the fuel as completely as possible and controlling the propagation of the flame in the fuel mixture to limit pressure and temperature spikes in the engine operating cycle.
Un des axes d'évolution des moteurs à combustion interne est de les faire fonctionner avec un mélange pauvre, c'est-à-dire avec un mélange air-carburant présentant un excès d'air par rapport à la quantité de carburant qu'il contient. One of the axes of evolution of internal combustion engines is to operate them with a lean mixture, that is to say with an air-fuel mixture having an excess of air compared to the quantity of fuel that it contains.
Un autre axe d'évolution est la dilution du mélange carburé par un gaz inerte, c'est-à-dire par un gaz sans influence sur le mécanisme chimique de la combustion, ce que l'on peut réaliser par exemple en recyclant une partie des gaz d'échappement. Another line of development is the dilution of the fuel mixture by an inert gas, that is to say by a gas without influence on the chemical mechanism of combustion, which can be achieved for example by recycling a part exhaust gases.
La présence d'un excès d'air, la dilution par un gaz inerte, ou la combinaison de ces deux techniques, permettent de diminuer la température maximale atteinte durant la combustion, ce qui permet de diminuer la production d'oxydes d'azote (NOx). The presence of an excess of air, dilution with an inert gas, or the combination of these two techniques, make it possible to decrease the maximum temperature reached during combustion, which makes it possible to decrease the production of nitrogen oxides ( NOx).
En même temps, en assurant un excès d'oxygène par rapport au carburant, on évite qu'une partie de ce carburant reste imbrûlée après la combustion et soit évacuée avec les gaz d'échappement. At the same time, by ensuring an excess of oxygen relative to the fuel, it is avoided that part of this fuel remains unburnt after combustion and is evacuated with the exhaust gases.
Cela permet d'augmenter le rendement du moteur et également de limiter l'échauffement du bloc moteur et de la culasse, ce qui est favorable à leur durée de vie. This makes it possible to increase the efficiency of the engine and also to limit the heating of the engine block and of the cylinder head, which is favorable to their lifespan.
Les moteurs à allumage commandé actuels utilisent l'étincelle électrique provoquée entre les deux électrodes d'une bougie pour enflammer le mélange carburé. Toutefois, il est à noter que l'inflammation d'un mélange pauvre est plus difficile à réaliser que celui d'un mélange riche en carburant, et qu'il est donc nécessaire de veiller tout particulièrement à un bon amorçage de la combustion. Current spark ignition engines use the electric spark caused between the two electrodes of a spark plug to ignite the fuel mixture. However, it should be noted that the ignition of a lean mixture is more difficult to achieve than that of a fuel-rich mixture, and that it is therefore necessary to pay particular attention to a good ignition of the combustion.
Par ailleurs, il est apparu intéressant de provoquer le début de la combustion du mélange dans la chambre de combustion du cylindre le plus loin possible des parois de la chambre de combustion, c'est-à-dire en son centre, dans le but de permettre à la flamme de se développer le plus longtemps possible à l'écart des parois de la chambre de combustion pour limiter les transferts de chaleur entre le mélange en cours de combustion et ces parois. Furthermore, it appeared advantageous to cause the combustion of the mixture to start in the combustion chamber of the cylinder as far as possible from the walls of the combustion chamber, that is to say at its center, in order to allow the flame to develop as long as possible away from the walls of the combustion chamber to limit the heat transfers between the mixture during combustion and these walls.
Aussi, il a déjà été proposé, notamment dans le document US-A-5.271.365 un dispositif qui permet le déclenchement de la combustion du mélange pauvre dans la chambre de combustion à l'aide d'une torche ou d'un jet de produit chaud issu de la combustion préalable d'un mélange enrichi en carburant dans une préchambre d'amorçage qui est attenante à la chambre de combustion et qui communique avec celle-ci au travers d'un orifice. Also, a device has already been proposed, in particular in document US-A-5,271,365, which allows the combustion of the lean mixture to be initiated in the combustion chamber using a torch or a jet of hot product resulting from the prior combustion of a fuel-enriched mixture in a priming prechamber which adjoins the combustion chamber and which communicates with the latter through an orifice.
Ce dispositif comporte donc une préchambre d'amorçage qui est formée autour des deux électrodes de la bougie d'allumage et qui est munie d'un dispositif d'alimentation supplémentaire en carburant, ou en mélange carburé, afin de créer, dans cette préchambre, un mélange riche facilement inflammable. This device therefore comprises a priming prechamber which is formed around the two electrodes of the spark plug and which is provided with an additional device for supplying fuel, or a fuel mixture, in order to create, in this prechamber, a rich, easily flammable mixture.
De la sorte, lorsque l'étincelle créée par la bougie déclenche la combustion de ce mélange riche dans la préchambre, I'augmentation de température et de pression provoque l'expulsion hors de cette préchambre des produits en cours de combustion qui sont alors dirigés par l'orifice de sortie vers la chambre de combustion du cylindre, de préférence au centre de celle-ci, pour amorcer la combustion du mélange pauvre qui y est contenu. In this way, when the spark created by the candle triggers the combustion of this rich mixture in the prechamber, the increase in temperature and pressure causes the expulsion from this prechamber of the products in the course of combustion which are then directed by the outlet orifice towards the combustion chamber of the cylinder, preferably in the center thereof, to initiate combustion of the lean mixture contained therein.
Cette technique, qui permet de parvenir à une meilleure maîtrise de la combustion d'un mélange pauvre, et qui permet donc d'obtenir un meilleur rendement du moteur, nécessite toutefois une très bonne maîtrise de la combustion dans la préchambre pour que le jet de produits en cours de combustion se fasse avec la vitesse voulue et à la température nécessaire à l'embrasement du mélange pauvre dans la chambre de combustion. This technique, which makes it possible to achieve better control of the combustion of a lean mixture, and which therefore makes it possible to obtain better engine efficiency, however requires very good control of combustion in the prechamber so that the jet of products in the process of combustion take place at the desired speed and at the temperature necessary for the lean mixture to ignite in the combustion chamber.
Dans le but d'améliorer la combustion dans la préchambre, I'invention propose un moteur du type décrit précédemment, caractérisé en ce que l'orifice est un conduit qui comporte au moins un tronçon supérieur symétrique de révolution dont la longueur est au moins supérieure à son diamètre et qui est percé axialement au centre de la paroi transversale inférieure de la préchambre. In order to improve combustion in the prechamber, the invention provides an engine of the type described above, characterized in that the orifice is a conduit which comprises at least one symmetrical upper section of revolution whose length is at least greater to its diameter and which is drilled axially in the center of the lower transverse wall of the prechamber.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention
- le tronçon supérieur du conduit est un cylindre de révolution
- le conduit débouche dans la chambre de combustion par au moins un tronçon inférieur dont l'orientation permet de contrôler la direction des gaz enflammés expulsés hors de la préchambre dans la chambre de combustion
- le conduit comporte plusieurs tronçons inférieurs d'orientations différentes;
- le tronçon supérieur débouche dans la préchambre par un bord supérieur évasé
- le bord supérieur du tronçon supérieur est arrondi et en ce que le rayon de courbure du bord arrondi est au moins égal à environ un cinquième du diamètre du tronçon supérieur.According to other features of the invention
- the upper section of the duct is a cylinder of revolution
- The duct opens into the combustion chamber through at least one lower section whose orientation makes it possible to control the direction of the ignited gases expelled from the prechamber in the combustion chamber
- The conduit comprises several lower sections of different orientations;
- the upper section opens into the prechamber via a flared upper edge
- The upper edge of the upper section is rounded and in that the radius of curvature of the rounded edge is at least equal to about one fifth of the diameter of the upper section.
- le tronçon inférieur du conduit débouche dans la chambre de combustion par un bord inférieur à arête vive
- le tronçon supérieur du conduit qui débouche dans la préchambre comporte un bord supérieur qui constitue une électrode de masse pour la bougie
- le tronçon supérieur du conduit comporte un picot central constituant une électrode de masse axiale pour la bougie
- la préchambre est délimitée radialement par une paroi cylindrique dont la face interne est rugueuse
- L'entrée d'alimentation débouche dans la préchambre selon une direction tangentielle présentant une faible pente axiale
- L'entrée d'alimentation débouche dans la préchambre par un canal sensiblement hélicoïdal
- la préchambre est délimitée par un corps de préchambre sensiblement cylindrique dont l'extrémité supérieure est ouverte pour recevoir la bougie, une bague intermédiaire est interposée entre le corps de préchambre et la bougie, et en ce que le canal d'alimentation est réalisée sous la forme d'une entaille formée dans une face extérieure de la bague.- the lower section of the duct opens into the combustion chamber by a lower edge with a sharp edge
- the upper section of the conduit which opens into the prechamber has an upper edge which constitutes a ground electrode for the spark plug
- the upper section of the conduit has a central pin constituting an axial mass electrode for the spark plug
- the prechamber is delimited radially by a cylindrical wall whose internal face is rough
- The feed inlet opens into the prechamber in a tangential direction with a slight axial slope
- The feed inlet opens into the prechamber via a substantially helical channel
the prechamber is delimited by a substantially cylindrical prechamber body the upper end of which is open to receive the spark plug, an intermediate ring is interposed between the prechamber body and the candle, and in that the supply channel is produced under the shape of a notch formed in an outer face of the ring.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif, et en référence aux dessins annexés sur lesquels
- la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un dispositif d'amorçage de la combustion conforme aux enseignements de l'invention; ;
- la figure 2 est une vue en perspective d'un détail de réalisation de l'alimentation supplémentaire en carburant de la préchambre
- la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 2 représentant une variante de réalisation de l'alimentation supplémentaire en carburant de la préchambre
- la figure 4 est une vue partielle représentant une première variante de réalisation de la préchambre
- la figure 5 est une vue partielle représentant une deuxième variante de réalisation de la préchambre
- la figure 6 est une vue schématique avec arrachements illustrant la trajectoire hélicoïdale du carburant supplémentaire injecté dans la préchambre
- la figure 7 est une vue schématique similaire à celle de la figure 6 représentant la trajectoire du mélange pauvre qui pénètre dans la préchambre lors de la compression de ce mélange dans le cylindre
- la figure 8 est une vue similaire à celle de la figure 7 dans laquelle la préchambre comporte une surface interne rugueuse afin de provoquer l'apparition de turbulences.Other characteristics and advantages of the invention will appear better on reading the description which follows, given by way of nonlimiting example, and with reference to the appended drawings in which
- Figure 1 is a schematic view in axial section of a combustion ignition device according to the teachings of the invention; ;
- Figure 2 is a perspective view of a detail of embodiment of the additional fuel supply to the prechamber
- Figure 3 is a view similar to that of Figure 2 showing an alternative embodiment of the additional fuel supply to the prechamber
- Figure 4 is a partial view showing a first alternative embodiment of the prechamber
- Figure 5 is a partial view showing a second alternative embodiment of the prechamber
- Figure 6 is a schematic view with cutaway illustrating the helical path of the additional fuel injected into the prechamber
- Figure 7 is a schematic view similar to that of Figure 6 showing the trajectory of the lean mixture which enters the prechamber during the compression of this mixture in the cylinder
- Figure 8 is a view similar to that of Figure 7 in which the prechamber has a rough internal surface in order to cause the appearance of turbulence.
On a représenté sur la figure 1 un dispositif 10 d'amorçage de la combustion pour un moteur à combustion interne à allumage commandé. FIG. 1 shows a device 10 for initiating combustion for an internal combustion engine with positive ignition.
Dans ce dispositif 10, une bougie 12 comporte une électrode centrale 14 qui est reliée à un dispositif d'allumage (non représenté), par exemple du type à bobine, capable de transmettre à l'électrode centrale 14 un pic de tension propre à provoquer un arc électrique. In this device 10, a spark plug 12 has a central electrode 14 which is connected to an ignition device (not shown), for example of the coil type, capable of transmitting to the central electrode 14 a voltage peak capable of causing an electric arc.
L'électrode centrale 14 est contenue à l'intérieur d'une enveloppe isolante 16 dont la partie inférieure est montée dans un culot 18. The central electrode 14 is contained inside an insulating envelope 16, the lower part of which is mounted in a base 18.
L'extrémité inférieure 22 de l'électrode centrale 14 dépasse axialement de l'enveloppe isolante 16 à la partie inférieure de cette dernière. The lower end 22 of the central electrode 14 projects axially from the insulating casing 16 to the lower part of the latter.
Un corps cylindrique creux 24 est agencé autour de l'extrémité inférieure 22 de l'électrode centrale 14, de manière à délimiter autour de celle-ci une préchambre 26. A hollow cylindrical body 24 is arranged around the lower end 22 of the central electrode 14, so as to delimit around the latter a prechamber 26.
Le corps 24 comporte une paroi latérale cylindrique 28 et une paroi transversale inférieure 30 tandis que l'extrémité axiale supérieure de la préchambre 26 délimitée par le corps 24 est fermée par la bougie 12. The body 24 has a cylindrical side wall 28 and a lower transverse wall 30 while the upper axial end of the prechamber 26 delimited by the body 24 is closed by the spark plug 12.
La paroi transversale inférieure 30 comporte un conduit 32 qui permet de faire communiquer la préchambre 26 avec la chambre de combustion. The lower transverse wall 30 has a conduit 32 which makes it possible to communicate the prechamber 26 with the combustion chamber.
Dans l'exemple de réalisation qui est représenté sur la figure 1, le corps de préchambre 24 est réalisé venu de matière avec le culot 18 de la bougie 12 en le prolongeant axialement vers le bas. In the exemplary embodiment which is shown in FIG. 1, the prechamber body 24 is made integrally with the base 18 of the spark plug 12 by extending it axially downwards.
Ainsi, la paroi latérale cylindrique 28 comporte, sur sa face externe, un filetage qui permet de fixer la préchambre 26 et la bougie 12 dans un puits de bougie 20 formé par exemple dans la culasse du moteur. Thus, the cylindrical side wall 28 has, on its external face, a thread which makes it possible to fix the prechamber 26 and the spark plug 12 in a spark plug well 20 formed for example in the cylinder head of the engine.
L'orientation du puits de bougie par rapport à la culasse et la chambre de combustion pourra être optimisée en fonction notamment de la géométrie de la chambre de combustion (non représentée) d'un cylindre du moteur et en fonction de la position des soupapes (non représentées) d'admission et d'échappement. The orientation of the spark plug well relative to the cylinder head and the combustion chamber can be optimized in particular as a function of the geometry of the combustion chamber (not shown) of an engine cylinder and as a function of the position of the valves ( not shown) intake and exhaust.
La bougie 12 est montée sur l'extrémité supérieure 34 du corps 24 de la préchambre 26 avec interposition d'une bague intermédiaire 36 qui comporte un tronçon tubulaire inférieur 40 et un tronçon supérieur 42 tronconique évasé. The spark plug 12 is mounted on the upper end 34 of the body 24 of the prechamber 26 with the interposition of an intermediate ring 36 which comprises a lower tubular section 40 and an upper section 42 flared frustoconical.
La préchambre 26 est susceptible d'être alimentée en carburant supplémentaire par un dispositif d'injection 44 comportant un régulateur de pression 46 qui permet de maintenir un niveau de pression constant dans une chambre 48 de stockage du carburant qui alimente un injecteur 50. The prechamber 26 can be supplied with additional fuel by an injection device 44 comprising a pressure regulator 46 which makes it possible to maintain a constant pressure level in a fuel storage chamber 48 which feeds an injector 50.
L'injecteur 50 est relié par une canalisation 38 à une entrée d'alimentation 52 de la préchambre 26 qui, dans l'exemple de réalisation représenté, est agencé dans le culot 18. The injector 50 is connected by a pipe 38 to a supply inlet 52 of the prechamber 26 which, in the embodiment shown, is arranged in the base 18.
L'entrée d'alimentation 52 comporte un clapet antiretour 54 destiné à éviter toute remontée de produit quelconque en direction de l'injecteur 50 et comporte un canal d'alimentation 56 qui est disposé en aval du clapet anti-retour 54 et qui débouche dans la préchambre 26. The supply inlet 52 comprises a non-return valve 54 intended to prevent any product rising in the direction of the injector 50 and comprises a supply channel 56 which is arranged downstream of the non-return valve 54 and which opens into the pre-room 26.
Selon un premier aspect de l'invention, le canal d'alimentation 56 est réalisé sous la forme d'une rainure d'orientation axiale formée dans la surface latérale externe de la bague intermédiaire 36 et il est donc en partie délimité radialement par la partie supérieure 34 du corps 24 de la préchambre 26 contre laquelle la bague 36 est en appui. According to a first aspect of the invention, the supply channel 56 is produced in the form of an axially oriented groove formed in the external lateral surface of the intermediate ring 36 and it is therefore partly delimited radially by the part upper 34 of the body 24 of the prechamber 26 against which the ring 36 is supported.
Cette disposition permet notamment de réaliser le canal 56 de manière simple, quelle que soit la forme que l'on souhaite lui donner. This arrangement makes it possible in particular to produce the channel 56 in a simple manner, whatever the shape that one wishes to give it.
En effet, et c'est un autre aspect de l'invention qui est représenté à la figure 3, on préfère réaliser le canal d'alimentation 56 sous la forme d'une rainure hélicoïdale. Indeed, and this is another aspect of the invention which is shown in Figure 3, it is preferred to produce the supply channel 56 in the form of a helical groove.
Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, la paroi transversale inférieure 30 du corps 24 de la préchambre 26 est épaisse de manière que le conduit 32 présente une longueur au moins supérieure à son diamètre. As can be seen in Figures 1 and 2, the lower transverse wall 30 of the body 24 of the prechamber 26 is thick so that the duct 32 has a length at least greater than its diameter.
Dans les exemples de réalisation qui sont représentés sur les figures, le conduit 32 comporte une portion supérieure 60 qui est symétrique de révolution et coaxiale à la préchambre cylindrique 24, et plus particulièrement cylindrique. In the exemplary embodiments which are shown in the figures, the duct 32 has an upper portion 60 which is symmetrical in revolution and coaxial with the cylindrical prechamber 24, and more particularly cylindrical.
Le tronçon supérieur 60 du conduit 32 est ainsi agencé en regard de l'extrémité inférieure 22 de l'électrode centrale 14 de la bougie 12 et sa longueur est choisie au moins égale à son diamètre. The upper section 60 of the conduit 32 is thus arranged opposite the lower end 22 of the central electrode 14 of the spark plug 12 and its length is chosen at least equal to its diameter.
Le tronçon supérieur 60 se prolonge par deux tronçons inférieurs inclinés 62 qui eux débouchent dans la chambre de combustion. The upper section 60 is extended by two inclined lower sections 62 which open out into the combustion chamber.
Les tronçons inférieurs 62 permettent de diriger des jets de produits chauds issus de la combustion du carburant dans la préchambre 26 en direction de la chambre de combustion et
I'orientation des tronçons inférieurs 62 est donc adaptée à la forme géométrique de la chambre de combustion.The lower sections 62 make it possible to direct jets of hot products resulting from the combustion of the fuel in the prechamber 26 in the direction of the combustion chamber and
The orientation of the lower sections 62 is therefore adapted to the geometric shape of the combustion chamber.
Ainsi, en fonction de la forme de la chambre de combustion, on peut ne prévoir qu'un seul tronçon inférieur 62, orienté ou non selon la direction axiale du corps 24 de la préchambre 26, ou l'on peut prévoir plusieurs tronçons inférieurs 62 dont l'orientation sera adaptée à la forme géométrique de la chambre de combustion. Thus, depending on the shape of the combustion chamber, it is possible to provide only a single lower section 62, oriented or not in the axial direction of the body 24 of the prechamber 26, or it is possible to provide several lower sections 62 whose orientation will be adapted to the geometric shape of the combustion chamber.
Le bord 64 du tronçon supérieur 60 du conduit 32, qui débouche dans la préchambre 26, est arrondi, en forme de pavillon de trompette, et il présente un rayon de courbure qui est par exemple de l'ordre du cinquième du diamètre du tronçon supérieur 60. The edge 64 of the upper section 60 of the conduit 32, which opens into the prechamber 26, is rounded, in the shape of a trumpet horn, and it has a radius of curvature which is for example of the order of one fifth of the diameter of the upper section 60.
Au contraire, les bords inférieurs 66 des tronçons inférieurs 62 du conduit 32 sont à arête vive. On the contrary, the lower edges 66 of the lower sections 62 of the duct 32 have a sharp edge.
A titre de variante, on a représenté sur la figure 4 une préchambre 26 dans laquelle la surface cylindrique interne 68 n'est pas lisse mais présente au contraire des rugosités qui peuvent par exemple être réalisées sous la forme d'un filetage ou sous la forme de picots répartis aléatoirement sur la surface cylindrique interne 68. As a variant, FIG. 4 shows a prechamber 26 in which the internal cylindrical surface 68 is not smooth but has, on the contrary, roughness which can for example be produced in the form of a thread or in the form spikes randomly distributed on the internal cylindrical surface 68.
De préférence, le corps 24 de la préchambre 26 est réalisé en matériau conducteur de l'électricité et il est relié électriquement à la culasse du moteur dans laquelle il est implanté. Preferably, the body 24 of the prechamber 26 is made of electrically conductive material and it is electrically connected to the cylinder head of the engine in which it is installed.
De la sorte, I'électrode de masse de la bougie est formée par le bord supérieur 64 du tronçon supérieur 62 du conduit 22 et l'étincelle provoquée par la bougie 12 est sensiblement axiale et permet d'obtenir une inflammation la plus symétrique possible du carburant contenu dans la préchambre 26. In this way, the spark plug ground electrode is formed by the upper edge 64 of the upper section 62 of the conduit 22 and the spark caused by the spark plug 12 is substantially axial and makes it possible to obtain the most symmetrical ignition possible of the fuel in the prechamber 26.
Afin de parfaire encore cette symétrie, il est possible de prévoir, comme on l'a représenté sur la figure 5, une électrode de masse sous la forme d'un picot 70 implanté dans le corps 24 de la préchambre 26, axialement au centre du tronçon supérieur 60 du conduit 32 qui, de la sorte, est tubulaire mais reste symétrique de révolution et coaxial à la préchambre 26 et à l'électrode 14. In order to further perfect this symmetry, it is possible to provide, as shown in FIG. 5, a ground electrode in the form of a pin 70 implanted in the body 24 of the prechamber 26, axially in the center of the upper section 60 of the conduit 32 which, in this way, is tubular but remains symmetrical in revolution and coaxial with the prechamber 26 and the electrode 14.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant. The operation of the device is as follows.
Dans une première phase, du carburant est injecté dans la préchambre 26 par l'entrée d'alimentation 52. Il peut s'agir de carburant pur ou d'un mélange carburé riche dilué ou non par un gaz inerte pour la réaction de combustion. In a first phase, fuel is injected into the prechamber 26 through the supply inlet 52. It may be pure fuel or a rich fuel mixture diluted or not by an inert gas for the combustion reaction.
Lorsque le canal 56 est du type hélicoïdal représenté sur la figure 3, le carburant injecté dans la préchambre 26 est animé d'une vitesse initiale d'injection telle qu'il tend à avoir un mouvement hélicoïdal dans la préchambre 26, ainsi que cela est représenté sur la figure 6. When the channel 56 is of the helical type shown in FIG. 3, the fuel injected into the prechamber 26 has an initial injection speed such that it tends to have a helical movement in the prechamber 26, as is shown in figure 6.
Le carburant arrive tangentiellement à la périphérie externe de la portion supérieure de la préchambre 26 et avec une faible composante axiale de vitesse si bien qu'il est animé d'un mouvement hélicoïdal et qu'ainsi il remplit peu à peu la préchambre 26 du haut vers le bas. The fuel arrives tangentially to the external periphery of the upper portion of the prechamber 26 and with a low axial speed component so that it is animated by a helical movement and thus gradually fills the prechamber 26 from the top down.
Le mouvement hélicoïdal du carburant injecté est particulièrement favorable pour expulser hors de la préchambre 26, par un effet de piston, une partie des gaz qui s'y trouvaient. Ces gaz proviennent pour l'essentiel d'une combustion correspondant à un cycle précédent du moteur. The helical movement of the injected fuel is particularly favorable for expelling out of the prechamber 26, by a piston effect, part of the gases which were there. These gases come mainly from combustion corresponding to a previous cycle of the engine.
On peut aussi envisager de réaliser un entrée d'alimentation (non représentée) formée dans l'électrode centrale qui est alors une électrode creuse comportant un conduit interne par lequel le carburant est acheminé. Cette entré peut être dirigée axialement ou radialement vers
I'extérieur de manière à donner au carburant injecté un mouvement hélicoïdal.It is also possible to envisage making a supply inlet (not shown) formed in the central electrode which is then a hollow electrode comprising an internal conduit through which the fuel is conveyed. This input can be directed axially or radially towards
The outside so as to give the injected fuel a helical movement.
La première phase peut se dérouler pendant le temps d'admission du moteur et peut se prolonger jusqu'au début du temps de compression. The first phase can take place during the intake time of the engine and can extend until the start of the compression time.
Dans une seconde phase, qui a lieu pendant le temps de compression du cylindre, I'augmentation de la pression du mélange carburé pauvre dans la chambre de combustion provoque un refoulement de ce mélange à l'intérieur de la préchambre 26 par le conduit 32. In a second phase, which takes place during the compression time of the cylinder, the increase in the pressure of the lean fuel mixture in the combustion chamber causes this mixture to be forced back inside the prechamber 26 through the conduit 32.
Selon les enseignements de l'invention, le tronçon supérieur 60 du conduit 32 est symétrique de révolution, il est agencé axialement par rapport à la préchambre 26 et il est d'une longueur suffisante pour imposer aux gaz refoulés depuis la chambre de combustion vers la préchambre, un champ de vitesses sensiblement axial si bien que ces gaz refoulés remontent axialement dans la préchambre 26, jusqu'à sa portion supérieure, avant de redescendre le long de la surface cylindrique interne 68 de la paroi latérale 28 ainsi que cela est représenté sur la figure 7. According to the teachings of the invention, the upper section 60 of the duct 32 is symmetrical in revolution, it is arranged axially with respect to the prechamber 26 and it is of sufficient length to impose on the gases discharged from the combustion chamber towards the prechamber, a substantially axial speed field so that these repressed gases rise axially in the prechamber 26, to its upper portion, before descending along the internal cylindrical surface 68 of the side wall 28 as shown in Figure 7.
Cette circulation des gaz refoulés, qui résulte de la forme particulière du tronçon supérieur 60 selon l'invention, permet d'obtenir un meilleur brassage entre d'une part le mélange pauvre refoulé depuis la chambre de combustion et d'autre part le carburant qui a été injecté dans la préchambre en vue d'enrichir le mélange final présent dans la préchambre 26. This circulation of the discharged gases, which results from the particular shape of the upper section 60 according to the invention, makes it possible to obtain better mixing between on the one hand the lean mixture discharged from the combustion chamber and on the other hand the fuel which was injected into the prechamber in order to enrich the final mixture present in the prechamber 26.
Le champ axial de vitesses est notamment favorisé par le bord supérieur arrondi 64 du tronçon supérieur 60 qui limite l'apparition de turbulences, et est d'autant plus homogène que le rapport entre la longueur du tronçon supérieur et son diamètre est important. The axial field of speeds is notably favored by the rounded upper edge 64 of the upper section 60 which limits the appearance of turbulence, and is all the more homogeneous as the ratio between the length of the upper section and its diameter is important.
Une bonne homogénéité du champ de vitesses est obtenue lorsque la longueur axiale et le diamètre du tronçon supérieur 60 sont identiques mais les meilleurs résultats sont obtenus pour une longueur égale à deux ou trois fois le diamètre. Good homogeneity of the speed field is obtained when the axial length and the diameter of the upper section 60 are identical but the best results are obtained for a length equal to two or three times the diameter.
Dans le cas où la surface cylindrique interne 68 de la préchambre 26 est rugueuse, il apparaît , lorsque les gaz refoulés depuis la chambre de combustion redescendent le long de cette surface 68, des turbulences qui améliorent encore le brassage du mélange pauvre avec le carburant supplémentaire. Cela est plus particulièrement schématisé sur la figure 8. In the case where the internal cylindrical surface 68 of the prechamber 26 is rough, it appears, when the gases discharged from the combustion chamber descend along this surface 68, turbulence which further improves the mixing of the lean mixture with the additional fuel . This is more particularly shown in FIG. 8.
On obtient ainsi, en fin de deuxième phase, c'est-à-dire en fin du temps de compression du cylindre, un mélange parfaitement homogène et riche en carburant dans la préchambre 26. There is thus obtained, at the end of the second phase, that is to say at the end of the cylinder compression time, a perfectly homogeneous and fuel-rich mixture in the prechamber 26.
Le dispositif d'allumage provoque alors l'arrivée d'une haute tension sur l'électrode centrale 14 de la bougie 12 et provoque l'apparition d'un arc électrique entre l'extrémité inférieure 22 de l'électrode 14 et l'électrode de masse formée soit par le bord supérieur 64 du tronçon supérieur du conduit 28, soit par le picot central 70. The ignition device then causes the arrival of a high voltage on the central electrode 14 of the spark plug 12 and causes the appearance of an electric arc between the lower end 22 of the electrode 14 and the electrode of mass formed either by the upper edge 64 of the upper section of the duct 28, or by the central pin 70.
L'arc électrique qui se forme alors provoque la combustion du mélange riche présent dans la préchambre, ce qui en entraîne l'augmentation de température et de pression. The electric arc which then forms causes the combustion of the rich mixture present in the prechamber, which leads to an increase in temperature and pressure.
Du fait de l'élévation de pression, le mélange en cours de combustion est alors expulsé hors de la préchambre 26, au travers du conduit 32, et il est injecté dans la chambre de combustion dans laquelle se trouve le mélange pauvre comprimé. Due to the increase in pressure, the mixture during combustion is then expelled from the prechamber 26, through the conduit 32, and it is injected into the combustion chamber in which the lean compressed mixture is located.
La courbure du bord supérieur 64 du conduit 32, si elle est égale à au moins un cinquième du diamètre du tronçon supérieur 60, rend le champ de vitesses dans le conduit 32 plus uniforme et, en augmentant la vitesse près des parois, renforce la production de turbulences au niveau des arêtes vives 66 de sortie des tronçons inférieurs 62 du conduit 32, ce qui améliore le brassage des jets chauds résultant de la combustion du mélange riche dans la préchambre 26 avec le mélange pauvre contenu dans le cylindre. The curvature of the upper edge 64 of the duct 32, if it is equal to at least one fifth of the diameter of the upper section 60, makes the speed field in the duct 32 more uniform and, by increasing the speed near the walls, increases the production turbulence at the sharp edges 66 leaving the lower sections 62 of the conduit 32, which improves the mixing of the hot jets resulting from the combustion of the rich mixture in the prechamber 26 with the lean mixture contained in the cylinder.
Les jets chauds résultant de la combustion du mélange riche contiennent des molécules de carburant non oxydées, du fait de la carence d'oxygène, mais dissociées thermiquement en un grand nombre de radicaux actifs. The hot jets resulting from the combustion of the rich mixture contain non-oxidized fuel molecules, due to the lack of oxygen, but thermally dissociated into a large number of active radicals.
La présence de ces radicaux actifs, combinés à la forte température des jets chauds et à la forte compression du mélange pauvre, sont propices à l'amorçage de la réaction de combustion dans la chambre de combustion. The presence of these active radicals, combined with the high temperature of the hot jets and the strong compression of the lean mixture, are conducive to the initiation of the combustion reaction in the combustion chamber.
Plus précisément, le mélange des jets chauds et de la charge principale formée par le mélange pauvre donne naissance à une multiplicité de foyers de combustion, lieux où le mélange pauvre et les radicaux actifs sont en contact étroit et à une température suffisamment élevée, et pendant une durée suffisante pour commencer la combustion. More specifically, the mixture of hot jets and of the main charge formed by the lean mixture gives rise to a multiplicity of combustion foci, places where the lean mixture and the active radicals are in close contact and at a sufficiently high temperature, and during sufficient time to start combustion.
La propagation de la flamme dans la chambre de combustion est alors facilitée par le surcroît de turbulences dû à l'injection des jets chauds, et ce d'autant plus que ces jets chauds sont rendus turbulents par les bords inférieurs 66 à arêtes vives des tronçons inférieurs 62 du conduit 32. The propagation of the flame in the combustion chamber is then facilitated by the increased turbulence due to the injection of the hot jets, all the more so since these hot jets are made turbulent by the lower edges 66 with sharp edges of the sections lower 62 of conduit 32.
Dans le cas où les tronçons inférieurs 62 sont dirigés vers le centre de la chambre de combustion, la combustion du mélange reste, au moins dans un premier temps, éloignée des parois de la chambre de combustion, ce qui permet de limiter les pertes thermiques nuisibles au rendement du moteur. In the case where the lower sections 62 are directed towards the center of the combustion chamber, the combustion of the mixture remains, at least initially, distant from the walls of the combustion chamber, which makes it possible to limit the harmful thermal losses engine performance.
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