Brevet FR2358557A1 — publié le 19780210

La présente invention concerne les systèmes de réchauffement du collecteur d'admission pour moteurs à explosion et a trait notamment aux sys tempes qui comprennent un brûleur de réchauffement. Il est bien connu que lorsque la température de l'vair ambiant est suffisamment basse, un moteur diésel a besoin d'aide, par exemple le réchauffement de l'air d'admission, pour assurer la mise en marche du moteur. En outre, les moteurs turbo-alimentés et post-refroidis nécessitent le réchauffement de l'air d'admission pendant certaines conditions de fonctionnement pour éviter la production de fumées blanches et ltémission d'autres polluants. Une tentative pour résoudre ce probleme a fait usage dtun brûleur qui injecte un jet de carburant dans un ensemble bruleur pour combustion avec l'air d1ad- mission. Il se produit une flamme qui réchauffe suffisamment l'air d'admission pour permettre la mise en marche du moteur ou pour réduire au minimum l'émission de fumées blanches. De nombreux systèmes comprenant des bruleurs ont été proposés. On peut citer à titre d'exemple le brevet NO 3534723 au nom de TRAMONTINI, les brevets NO 3526214 et 3687122 au nom de KAMO et le brevet NO 3829281 au nom de BRIGGS et coll. Un but commun recherché dans les systèmes de ces types est d'assurer une distribution uniforme de chaleur aux divers cylindres d'un moteur. Du fait que les cylindres sont espacés les uns des autres comme dans un moteur en ligne ou dans le bloe d'un moteur à cylindres en V, il faut disposer le bruleur en un endroit où passe pratiquement tout l'air dtadmis sion.Les moteurs de ce type comprennent souvent un post-refroidisseur pour obtenir une puissante de sortie augmentée. Ces post-refroidisseurs sont disposés entre la sortie'd'un compresseur de turbo-alimentation et les entrées des cylindres du moteur. Bien que l'entrée du post-refroidisseur soit sous forme d'une conduite'étroite, le post-refroidisseur lui-meme a une forme relativement allongée et l'air y traverse dans un sens perpendiculaire à sa longueur. C'est ainsi qu'essentiellement un rideal1 d'air passe du post-refroidisseur aux orifices d'admission. Il est nécessaire de disposer un bruleur entre le post-refroidisseur et les orifices d'admission du moteur pour assurer un fonctionnement correct. Dans un tel appareil il n'existe aucun point où passe tout l'écoulement.Il s'ensuit qu'un bruleur de ce type ntest pas à même d'assurer une distribution uniforme de la chaleur à tous les orifices d1admission du moteur. Ces problèmes sont résolus dans le cadre d'un moteur à explosion à aspiration d'air qui comprend au moins deux orifices d'admission espacés pour recevoir l'air et un collecteur destiné à distribuer l'air aux orifices d'admis- sion. Sur le collecteur est monté un réchauffeur d'air d'admission pour le réchauffement local de l'air d'admission, réchauffeur qui est situé adjacent à un des orifices mais éloigné de l'autre. L'invention comprend un moyen formant passage à l'intérieur du collecteur dont l'entrée est adjacente au réchauffeur tandis que sa sortie est située dans l'orifice d'admission éloigné, de sorte qu'une partie de l'air chauffé est aspirée à travers le passage du brûleur jusqu'à l'orifice éloigné. Plusieurs formes d'exécution de la presente invention sont décrites ci-après à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels - lz figure 1 est une vue en plan schématique d'un passage de distribution de chaleur conforme à la présente invention et associé à des parties coopérantes d'un moteur à explosion sur lequel il s'emploie - la figure 2 est une vue latérale du moteur représenté sur la figure 1 selon la ligne 2 - 2 de la figure 1. - la figure 3 est une vue latérale d'un moteur à cylindres en V comprenant un passage de distrisution de chaleur conforme à la présente invention - la figure 4 est une vue partielle en coupe à plus grande échelle du moteur représenté sur la figure 3, vue prise suivant les lignes 4 - 4 de la figure 3 ; et - la figure 5 est un graphique représentant des variations de pression, en fonction des degrés de rotation du vilebrequin, dans les passages de distri bution de chaleur representés sur les figures 1 à 4. Sur la figure i > on voit représenté un moteur à explosion 10 du type à allumage par compression, dit moteur diésel. Le mode de fonctionnement d'un moteur de ce type est bien connu par ceux du métier, et pour cette raison on en omet une description dans ce qui va suivre. Toutefois, on précise que dans un moteur diésel de 11 air est comprimé dans les cylindres par des pistons ( ni les cylindres, ni les pistons n'étant représentés) de sorte que sa température soit assez élevée pour allumer spontanément du carburant injecté dans chaque cylindre au sommet de la course de compression. L'explosion qui en résulte pousse les pistons vers le bas et produit un mouvement rotatif au moyen d'un vilebrequin(non representé). Les gaz d'échappement sont évacués du moteur 10 à travers un collecteur d'échappement 18.Le collecteur d'échappement 18 dirige les gaz d'échappement à travers une turbine 20 d'un ensemble de turbo-alimentation 22. La turbine 20 entraîne un compresseur 24, par exemple de type à action centrifuge, qui met l'air sous pression et le distribue à travers une conduite de croisement 26 à une conduite de transition 28. La conduite 28 débouche dans une enveloppe supérieure 20 montée sur un collecteur d'admission de forme allongée 32. Un post-refroidisseur de forme allongée 34 s'étend sur toute la longueur de l'enveloppe 20 et du collecteur 32. te post-refroidisseur 34 comprend un faisceau de tubes 33 s'étendant entre des collecteurs 35 et 37 qui sont raccordés au système de refroidissement du moteur. Un certain nombre de plaques 39 disposées perpendiculairement sur les tubes 33 assurent un trans fert de chaleur supplémentaire. L'air d'admission est distribué uniformément sur toute la longueur des tubes 33 et passe entre les plaques 39 pour gagner le collecteur 32. Le collecteur 32 possède des parois latérales opposées 29 et 31. ta paroi latérale 29 comporte des ouvertures alignées avec les orifices d'admission 12, 14 et 16 du moteur. Un réchauffeur du collecteur d'admission, réchauffeur qui est cons titué par un ensemble brûleur 36, est situé sur la paroi latérale 31 du collec teur d'admission 32. L'ensemble brûleur comprend une enveloppe extérieure 38 munie d'un gicleur de pulvérisation 40 qui reçoit du carburant d'un système d'alimentation en carburant 41 par la ligne 43. Un système approprié fournit l'air de combustion à l'intérieur de l'enveloppe 38 à travers la conduite 45 pour qu'il passe devant le gicleur 40. Un dispositif d'allumage (non représenté) allume le mélange carburant/air et une tete de retenue de flamme 42, maintient et stabilise la flamme. Comme le représentent plus particulièrement les fi gures 1 et 2, l'ensemble brûleur 36 est situé entre les orifices 14 et 16. Ainsi, lorsque le brûleur fonctionne il assure une distribution sensiblement uniforme de chaleur entre ces orifices. Afin d'assurer une distribution de chaleur plus uniforme à 1 'ori- fice d'admission éloigné 12, un passage de distribution de chaleur, constitué par un tube 44, est prévu. Bien qu'on le represenk sous forme de tube il peut être formé dans le collecteur lors du moulage de celui-ci. Le tube de distri bution 44 comporte une ouverture d'entrée 46 adjacente à l'ensemble bruleur 36. De préférence le plan de l'entrée 46 est incliné par rapport à l'axe du tube de distribution 44, pour que l'entrée 46 regarde l'ensemble bruleur 36. La sortie 48 du tube de distribution 44 est située au niveau de l'orifice d'admission 12 et orienté de façon que le sens d'écoulement hors du tube de distribution soit en général parallèle à l'écoulement dans l'orifice 12. Lorsque le moteur 10 est en marche et le brûleur fontionne, la flamme qu'il produit réchauffe une partie de l'air entrant dans les orifices 14 et 16. Une grande partie de l'air entrant dans ces orifices provient direc tement du post-refroidisseur 34, de sorte qu'un mélange d'air chauffé et non chauffé entre dans les orifices 14 et 16. Etant donné que l'ensemble brûleur 36 est situé entre ces orifices, ils reçoivent de l'air-qui a été réchauffé pratiquement jusqu'à la même température. Lorsque les soupapes d'admission s'ouvrent dans les cylindres ali mentés depuis l'orifice 12, il se produit une baisse de pression momentanée dans cet orifice. La sortie 48 est raccordée à l'orifice 12 de sorte qu'il se crée une différence de pression entre l'entrée 46 et la sortie 48 du tube de distribution 44. Il en résulte que de l'air traverse le tube de distribution 44. Du fait que l'entrée 46 est adjacente à l'ensemble brûleur 36 et en face de lui, elle a tendance à aspirer l'air chauffé depuis un point au voisinage immédiat de la flamme du brûleur vers l'orifice 12.La figure 5 représente la variation de pression dans l'orifice d'admission 12 en fonction des degrés de rotation du vilebrequin.Ainsi, lorsque la soupape d'admission d'un des cy lindres alimentés depuis l'orifice 12 s'ouvre, l'air entrant rapidement dans ce cylindre baisse la pression dans l'orifice d'admission. Lorsque la soupape se ferme, la pression dans l'orifice 12 revient au niveau ambiant indi qué par la partie horizontale de la courbe. Etant donné que l'orifice 12 alimente deux cylindres, il se produit un mouvement d'air supplémentaire lorsque l'autre soupape s'ouvre, Lorsque cela se produit la pression baisse encore. La conséquence de ces réductions cycliques de la pression est de créer un écoulement d'air à travers le tube de distribution 44.Le débit traversant ce tube est réglé pour assurer une distribution uniforme de la chaleur en faisant varier le pourcentage de la surface totale de orifice d'admission occupée parla- sortie 48. Cette disposition fait varier en effet la proportion d'air aspiré dans l'orifice 12 et qui est constituée par du gaz de combustion chaud prove nant de la flamme du brûleur. Le zest de l'air provient directement du post refroisisseur 34, On a constaté qu'une proportion comprise entre 20 Z et 30 Z assure une distribution de chaleur excellente. -Il est à noter qu'il se produit une perte de chaleur à travers les parois extérieures du tube de distribution 44.Toutefois, du fait que le tube est immergé dans le collecteur d'admission, la chaleur sert toujours à réchauffer la température de l'air d'admission. Lorsque le moteur est en marche sans que l'ensemble brûleur fonc tionne, le tube de distribution joue le rôle de prolongement de l'orifice d'admission et ne gêne pratiquement pas l'aspiration qui se produit dans l'orifice où il fait saillie. Le gêne à l'écoulement dans orifice 14 qu'il traverse peut être réduit au minimum par un positionnement correct et par un choix judicieux de la section droite du tube. On a trouvé d'un tube d'un diaùètre de 38,1 mm traversant un orifice d'une hauteur de 82,55 mm ne produit aucun effet discernable sur la marche du moteur. Le moteur décrit est du type en ligne muni de trois orifices d'admission accouplés. L'invention peut toutefois s'appliquer à de nombreux types différents de dispositions de moteur comprenant plus d'un orifice d'admission éloigné. Le moteur 60 représenté sur les figures 3 et 4 est un exemple d'une autre application de la présente invention. Le moteur 60-est du type à cylindres en V comprenant une enveloppe 62 du post-refroisseur renfermant les deux culasses 64 du moteur 60. Un post-refroisseur de forme allongée 61, analogue au post-refroidisseur 34, s'étend sur toute la longueur de l'enveloppe 62, de sorte que l'air s 'écoule de manière uniforme vers un collecteur d'admis sion 76. Comme le montre la figure 4, le moteur comprend des orifices d'ad mission 66, 68, 70 et 72.Des ouvertures alignées dans une paroi latérale 75 du collecteur 76 communiquent avec les orifices d'entrée du moteur. Un ensemble brûleur 74, identique en ce qui concerne sa disposition à l'ensemble 36 décrit ci-dessus, est situé dans la paroi latérale opposée 77 du collec teur d'admission 76. Comme on le voit mieux sur la figure 4,l'ensemble brû leur 74 est situé entre deux orifices 68 et 70, assurant ainsi une distribution relativement uniforme de la chaleur à ces cylindres. Les orifices 66 et 72 sont toutefois éloignes. Afin d'assurer une distribution uniforme de chaleur vers ces cylindres, on emploie respectivement des tubes de distribution 78 et 80. L'entrée 84 du tube de distribution 78 est adjacente à l'ensemble brûleur 74 tandis que sa sortie 82 est située dans l'orifice d'admission 66. L'entrée 86 du tube de distribution 80 est adJacente l'ensemble brûleur 74 tandis que sa sortie 88 est située dans l'orifice d'admission 72. Les deux ouvertures 82 et 88 sont de préférence orientées pour que l'air qui les traverse s'écoule dans un sens sensiblement parallèle à ltecoulement d'air entrant dans les orifices 66 et 72. En fonctionnementZles les tubes de distribution 78 et 80 distribuent de la chaleur de la meme manière que dans le systeme décrit ci-dessus. Une variation cyclique de la pression dans la sortie crée un écoulement de gaz de combustion chauffés depuis l'ensemble bruleur 86. On vient de décrire des tubes de distribution pour moteurs à trois ou quatre orifices. L'invention ne se limite pas à ces moteurs mais peut être utilisée dans des moteurs possédant un nombre quelconque d'orifices. REVENDICATIONS I. Dispositif de distribution de la chaleur d'un système de réchauffement du collecteur d'un moteur à explosion à aspiration d'air et à plusieurs courses comprenant au moins deux orifices d'admission espacés destinés à recevoir de l'air pendant la course d'aspiration du moteur, auquel moment la pression dans lesdites parties baisse, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend: - un collecteur d'admission destiné à recevoir l'air d'admission et à distribuer ledit air aux orifices d'admission, - un réchauffeur d'air d'admission monté sur ledit collecteur pour le réchauffement sensiblement local de l'air d'admission à proximité d'un des orifices mais éloigné de l'autre ; et - un moyen formant un seul passage de forme allongée à l'intérieur dudit collecteur et délimitant une entrée à proximité du réchauf feur, ladite entrée étant positionnée de façon à permettre une dis tribution directe de la chaleur du réchauffeur à l'orifice voisin afin de réchauffer une partie de la quantité totale d'air entrant dans l'orifice voisin, ledit passage se terminant en une seule sortie située dans l'ouverture dudit orifice d'admission éloigné pour qu'elle soit exposée à une réduction de pression de celui-ci pendant la course d'aspiration, une partie de l'air réchauffé par le réchauffeur étant aspirée dans ledit passage et passant dudit bruleur audit orifice éloigné pour réchauffer une partie de la quantité totale d'air entrant dans l'orifice. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réchauffeur de l'air d'admission comprend un brûleur produisant une flamme, brûleur qui est monté sur le collecteur de façon à diriger la flamme sensiblement dans un sens parallèle au sens de ltécoulement d'air entrant dans lesdits orifices d'admission. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen formant passage possède une ouverture d'entre inclinée à un certain angle par rapport à son axe longitudinal et disposée en regard dudit bruleur. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur possède trois orifices d'entrée et en ce que le réchauffeur est monté sur ledit collecteur entre lesdits orifices, ledit moyen formant passage s'étendant jusqu'à l'entrée du troisième orifice. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les écoulements entrant dans lesdits orifices d'admission sont sensiblement parallèles l'un à l'autre et en ce que ledit réchauffeur d'air d'admission comprend un brû leur produisant une flamme, ledit bruleur étant monté sur ledit collecteur de façon à diriger ladite flamme sensiblement dans un sens parallèle aux écoulements d'air entrant dans lesdits orifices. 6. Dispositif selon le revendication 1, caractérisé en ce que ledit collec teur comprend une chambre de forme allongée possédant des parois latérales opposées dont une comporte des ouvertures communiquant avec lesdits ori fices d'admission, le brûleur du réchauffeur étant monté dans la paroi latérale opposée, et en ce qu'il comprend en outre un échangeur de chaleur de forme allongée s'etendant sur toute la longueur de ladite chambre de façon à former la paroi supérieure, échangeur de chaleur muni de passages à écoulement d'air destinés à diriger de l'air dans la chambre uniformé ment sur toute sa longueur. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit moteur possède trois orifices d'admission espacés et le collecteur possède trois ouvertures communiquant avec lesdits orifices, en ce que le réchauffeur de l'air d'admission comprend un brûleur produisant une flamme, ledit brûleur étant monté sur le collecteur entre deux desdits orifices, et en ce que ledit tube s'étend jusqu'au troisième orifice. 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit moteur possède quatre orifices d'admission espacés et le collecteur possède quatre ouvertures communiquant avec lesdits orifices, deux de ces orifices étant centraux et deux éloignés, en ce que ledit réchauffeur comprend un brûleur produisant une flamme, ce bruleur étant situé entre les orifices centraux, et en ce que le moyen formant passage comprend un moyen délimi tant deux passages dont chacun possède une ouverture située à proximité dudit brûleur et s'étendant jusqu'aux orifices éloignés. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que chacun des moyens formant passage comporte une ouverture inclinée à un angle par rapport à son axe longitudinal et disposée en regard dudit brûleur.