Brevet FR2557637A1 — publié le 19850705

L'invention concerne un canal ou conduit d'admission ménagé dans la culasse d'un moteur a combustion interne et pouvant être ouvert ou fermé par la tête d'une soupape commandée, qui est constitué dans sa partie terminale côté chambre de combustion par un tronçon de canal qui réduit légèrement la section du canal, ainsi que par un tronçon de canal qui y fait suite et s'élargit de nouveau à partir du plan de section minimale du canal pour se terminer à un siège de soupape conique, le dernier tronçon de canal formant une tuyère d'admission à angle aigu avec la face arrière de la soupape d'admission. Pour mieux pouvoir expliquer la forme d'un tel canal d'admission, employé dans des moteurs à combustion interne du type 40/54 de la demanderesse, il est représenté sur la figure 1 du dessin annexé. On y voit que l'extrémité côté chambre de combustion du canal d'admission - pouvant être ouvert ou fermé par la tête d'une soupape d'admission commandée - est formée par un tronçon de canal qui réduit légèrement la section du canal et dont la paroi possède une conformation favorable à l'écoulement. Ce tronçon de canal se rétrécit d'abord, mais s'élargit ensuite de nouveau à partir d'un endroit où la section du canal est minimale, jusqu'à un siège de soupape conique. La partie de paroi s'élargissant du point le plus étroit et se terminant au siège de soupape forme, avec la face arrière de la tête de soupape, une tuyère d'admission à angle aigu. Cette tuyère d'admission possède une conformation symétrique, c'est-à-dire son angle d'admission a présente la même grandeur sur tout le pourtour de la soupape d'admission. Cette tuyère sysétri que a l'avantage qu'une plus grande vitesse peut être imprimée à l'air pénétrant dans le cylindre. Il n'est pas possible, cependant, de conférer un mouvement tourbillonnant à l'air entrant dans le cylindre au moyen d'une telle tuyère. De plus, il est également nécessaire, le plus souvent, de conférer une composante directionnelle et d'accélération à l'air pénétrant dans le cylindre, afin de mettre le remplissage du cylindre en un mouvement tournant autour de l'axe du cylindre, dans le but d'obtenir un mélange aussi intime que possible de l'air avec le com bustible à injecter.Ceci n'est pas non plus possible avec la tuyère symétrique connue. D'autres solutions connues prévoient à cet effet des pièces rapportées de forme particulière, telles que des tôles de rebondissement ou de déviation, dans le canal d'admission, par lesquelles l'air qui passe devant est mis en turbulence de manière tout à fait suffisante. Ces tôles de rebondi sa sement ou de déviation produisaient toutefois une perte d'énergie d'écoulement considérable, de sorte qu'il n'y avait plus de composante tourbillonnaire prononcée dans le cylindre. Le cylindre pouvait donc être alimenté avec de l'air mis en turbulence, mais pas avec de l'air ayant une composante directionnelle déterminée qui aurait été en mesure d'imprimer un mouvement tournoyant suffisant au remplissage du cylindre.Par ailleurs, on a également tenté déjà, par une conformation particulière de la paroi du canal d'admission, de conférer à l'air traversant une composante de mouvement telle que l'air puisse entrer dans le cylindre en étant orienté autant que possible tangentiellement par rapport à la paroi du cylindre, voir par exemple les demandes de brevet allemand DE-AS 1 053 862, DE-AS 1 038 832 ou DE-AS 1 476 120. Ces solutions impliquent cependant une disposition du canal dans la culasse qui est le plus souvent irréalisable sur les moteurs pour des raisons de place. L'invention vise par conséquent à conformer un canal d'admission du type défini au début de manière que l'air s'écoulant dans le cylindre du moteur à combustion interne puisse être dévié avec des pertes d'énergie minimales et de façon que le remplissage du cylindre soit forcé de tourner autour de l'axe du cylindre et qu'il soit en même temps mis en turbulence. Selon l'invention, on obtient ce résultat avec un canal d'admission qui est caractérisé en ce que, dans le but de former une tuyère à effet excentré, dans laquelle de l'air, après ouverture de la soupape d'admission, en traversant la fente de passage ainsi formée, puisse être accéléré plus fortement dans une zone périphérique de la soupape d'admission que dans le reste de cette zone périphérique, le plan de section minimale du tronçon de canal qui se rétrécit est disposé excentré derrière la tête de la sou pape d'admission et le canal d'admission, à partir de son plan de section minimale, s'étend en se rétrécissant et de façon dissymétrique par rapport à l'axe de la soupape d'admission jusqu'au plan de section de canal minimale et, à partir de ce plan, s'élargit de nouveau de façon dissymétrique jusqu'au siège de soupape, l'angle d'admission de la tuyère ainsi formée étant le plus petit dans la zone périphérique de la soupape d'admission située du côté après lequel de l'air pénétrant dans le cylindre doit être accéléré plus fortement que dans le reste de la zone périphérique, afin de doter le remplissage du cylindre d'un mouvement tournoyant autour de l'axe du cylindre. Avec une telle conformation du canal d'admission, l'air entrant dans le cylindre est non seulement accéléré, il est en meme temps dévié de façon contrôlée et ceci en plus avec des pertes minimales dans l'écoulement. Cette dernière particularité provient de ce que l'invention confère une forme favorable pour l'dcou- lement à toutes les zones du canal d'admission.Dans la pratique, les avantages apportés par l'invention résultent d'une chute de pression créée directement devant le siège de soupape entre une zone périphérique de la fente de passage libérée par la soupape d'admission et le reste de cette zone périphérique, l'air traversant cette fente du côté de la zone périphérique à pression plus basse étant doté d'une composante de vitesse plus élevée, laquelle est orientée à peu près tangentiellement à la paroi du cylindre et confère ainsi au remplissage du cylindre un mouvement tourbillonnant autour de l'axe du cylindre. La mise en turbulence de ces masses d'air se trouvant dans le cylindre est assurée par les courants d'air qui traversent la fente de passage dans la zone où règnent une pression plus haute et une vitesse d'écoulement plus faible. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une coupe d'une culasse de moteur à combustion interne de type connu, avec un canal d'admission dont les particularités ont déjà été décrites dans ce qui précède ; et - les figures 2, 3 et 4 représentent chacune une coupe d'une culasse de moteur à combustion interne avec un canal d'admission conformé selon l'invention. La culasse représentée sur la figure 1 avec son canal d'admission de type connu sert uniquement d'élément de comparaison et pour aider à faire comprendre les différences entre la forme de canal d'admission selon l'invention et la forme connue. Comme, exception faite du tronçon de canal d'admission réalisé différemment, selon l'invention, toutes les autres parties des figures 1 à 4 sont identiques, on peut faire une comparaison directe entre la solution connue selon la figure 1 et les solutions selon l'invention représentées sur les figures 2, 3 et 4. Sur les figures 2, 3 et 4, montrant la forme de canal d'admission selon l'invention, des parties identiques sont désignées par les mêmes références. Sur les figures 2, 3 et 4, la référence 1 désigne dans son ensemble la culasse d'un moteur à combustion interne et 2 désigne un canal d'admission dans son ensemble. Ce canal d'admission peut être ouvert et fermé par la tête 3 d'une soupape d'admission 5 qui est guidée par sa tige 4 dans la culasse 1 La position d'ouverture de la soupape d'admission 5, où le canal d'admission 2 est ouvert, est représentée en pointillé sur les différentes figures. A cette position, la soupape 5 libère une fente de passage annulaire, à travers de laquelle de l'air peut s'écouler du canal d'admission 2 dans le sens des flèches à l'intérieur du cylindre correspondant du moteur. Le canal 2 est délimité dans la culasse par une paroi 6. Dans sa zone terminale côté chambre de combustion, le canal d'admission 2 est formé par un tronçon de canal 2/1 qui rétrécit légèrement la section droite du canal et s'étend jusqu'à une ligne auxiliaire 7 en traits mixtes, ainsi que par un tronçon de canal 2/2 qui s'y raccorde. Ce dernier tronçon s'élargit, à partir du plan de section minimale du canal, qui est marqué sur le dessin par la ligne auxiliaire 7, jusqu'à un siège de soupape conique 8. La partie de paroi s'élargissant sous une forme particulière du tronçon de canal 2/2 forme ainsi, avec le côté arrière 9 de la tête de soupape, une tuyère d'admission dissymétrique 10 à angle aigu. Pour comprendre ce qui caractérise la forme de canal d'admission selon l'invention, il y a lieu de se reporter encore une fois à la forme de canal d'admission connue selon figure 1. Ce canal connu possède également une tuyère d'admission à angle aigu, comme déjà mentionné, mais qui est symmétrique parce que son angle d'admission a ne change pas sur tout le pourtour de la soupape d'admission, par suite de la conformation symétrique de la partie de paroi située immédiatement devant le siège de soupape; cette symétrie a pour conséquence que lorsque la soupape d'admission est ouverte, l'air qui traverse la fente de passage créée par cette ouverture, possède la même vitesse sur tout le pourtour de la tête de soupape et pénètre en outre dans le cylindre avec tout autour le même angle par rapport à l'axe de la soupape d'admission, autrement dit, les masses d'air sont seulement accélérées, mais ne sont pas déviées. Par contre, avec la forme de canal d'admission selon l'invention, le plan de section minimale, indiqué par la ligne auxiliaire 7 en traits mixtes, du tronçon de canal 2/1 qui se rétrécit, est situé excentré derrière la tête 3 de la soupape 5, de préférence à peu près à la hauteur de la transition entre la tige 4 et la tête 3 de la soupape. A partir de son plan de section minimale, le canal d'admission 2 conduit à ce plan de section minimale en se rétrécissant et avec une conformation dissymétrique par rapport à l'axe de la soupape d'admission. A partir du plan de section minimale, le canal 2 s'élargit de nouveau de façon dissymétrique, par son tronçon 2/2, jusqu'au siège de la soupape. La forme de ce tronçon de canal 2/2 est difficile à décrire par des mots; on pourrait considérer qu'il s'agit de la forme d'un tube de trompette courbé.Un canal d'admission 2 ayant cette forme conduit à une tuyère 10 à effet excentré, dans laquelle, après ouverture de la soupape, l'air, en traversant la fente de passage ainsi formée, peut être accéléré plus fortement dans une zone périphérique de cette fente que dans la partie restante de cette zone. L'angle d'admission ss de cette tuyère à effet excentré est le plus petit dans la zone périphérique de la soupape 5 située du côté après lequel l'air pénétrant dans le cylindre doit être accéléré plus fortement que dans le reste de la zone périphérique, ceci afin de conférer au remplissage du cylindre un mouvement tournoyant autour de l'axe du cylindre. Les figures 2, 3 et 4 montrent trois formes de canal d'admission différentes qui entrent dans le cadre de la géométrie selon l'invention. Ces formes de canal se distinguent, pour l'essentiel, seulement dans le tronçon de canal 2/2, donc dans ia partie de canal qui, à partir du plan de section minimale, s'élargit à la façon d'une tube de trompette courbé jusqu'au siège de soupape 8. La forme de canal d'admission selon l'invention est applicable tant à des canaux d'admission sans siège de soupape rapporté qu'à des canaux d'admission avec siège de soupape rapporté refroidi ou non refroidi. La forme selon l'invention du canal d'admission peut être réalisée par coulée ou forgeage de la forme définitive ou par coulée ou forgeage et usinage consécutif par enlèvement de copeaux. Comme cela ressort d'ailleurs des représentations des figures 2, 3 et 4, tous les canaux diadmis- sion satisfont à l'exigence d'une forme de canal aussi favorable que possible pour l'écoulement, de sorte que les pertes d'écoulement pouvant se produire sont minimales. REVENDICATIONS 1. Canal d'admission ménagé dans la culasse d'un moteur à combustion interne et pouvant être ouvert ou fermé par la tête d'une soupape commandée, qui est constitue dans sa partie terminale côté chambre de combustion par un tronçon de canal qui réduit légèrement la section du canal, ainsi que par un tronçon de canal qui y fait suite et s'élargit de nouveau à partir du plan de section minimale du canal pour se terminer sur un siège de soupape conique, le dernier tronçon de canal formant une tuyère d'admission à angle aigu avec la face arrière de la tête de soupape d'admission, caractérisé en ce que, dans le but de former une tuyère (10) à effet excentré, dans laquelle de l'air, après ouverture de la soupape d'admission (5), en traversant la fente de passage ainsi formée, puisse être accéléré plus fortement dans une zone périphérique de la soupape d'admission (5) que dans le reste de cette zone périphérique, le plan de section minimale du tronçon de canal (2/1) qui se rétrécit est disposé excentré derrière la tête (3) de la soupape d'admission (5) et le canal d'admission (2), à partir de son plan de section maximale, s'étend en se rétrécissant et de façon dissymétrique par rapport à l'axe de la soupape d'admission jusqu'au plan de section de canal mi ni- male et, à partir de ce plan, s'élargit de nouveau de façon dissymétrique jusqu'au siège de soupape (8), l'angle d'admission ( f3 ) de la tuyère ainsi formée étant le plus petit dans la zone périphérique de la soupape d'admission (5) située du côté après lequel de l'air pénétrant dans le cylindre doit être accéléré plus fortement que dans le reste de la zone périphérique, afin de doter le remplissage du cylindre d'un mouvement tournoyant autour de l'axe du cylindre. 2. Canal d'admission selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plan de section minimale du tronçon de canal (2/1) qui se rétrécit est situé excentré par rapport à l'axe de la souape d'admission derrière la tête (3) de cette soupape, à peu près à hauteur de la transition entre la tige (4) et la tête (3) de la soupape d'admission (5). 3. Canal d'admission selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tronçon de canal (2/2) qui s'élargit à partir du plan de section minimale du canal et jusqu'au siège (8) de la soupape possède à peu près la forme d'un tube de trompette courbé.