Brevet FR2587061A1 — publié le 19870313

i La présente invention, concernant un moteur à combustion, est plus spécifiquement relative à un systè- me d'admission pour un moteur à combustion interne et, plus particulièrement encore, à un système d'admission pour moteur, utilisant une suralimentation à inertie. Un système d'admission bien connu, qui utilise une suraimentation à inertie, est un système de surali- mentation servant à améliorer le rendement volumétrique en utilisant à la fois l'effet d'inertie de l'air s'écou- lant à travers un passage d'admission immédiatement avant la fin d'une course d'aspiration et l'effet d'onde de pres- sion obtenue en synchronisant l'introduction d'ondes de pression dans le passage d'admission, entrant dans un cylindre de moteur et l'instant de fermeture d'une soupape d'admission; c'est un moyen efficace pour augmenter la pression effective moyenne d'un moteur. Cependant, afin d'obtenir l'effet d'inertie, on a besoin d'une vitesse de rotation de moteur au moins de grandeur prédéterminée, suivant la longueur du passage d'admission. Par conséquent, pour une petite vitesse du moteur, la vitesse d'écoulement de l'air dans la tubulure d'admission est si réduite que l'effet d'inertie également est minime et inefficace. Par ailleurs afin d'obtenir l'effet de l'onde de pression, l'instant d'arrivée des ondes de pression ayant la vitesse de propagation du son sur le cylindre du moteur et l'instant de fermeture de la soupape d'admission doivent être synchronisés pour une vi- tesse de moteur spécifée. Pour une vitesse de moteur autre que celle spécifiée, des ondes de pression négative se oroduisent au moment de la fermeture de la soupape d'admis- sion, de sorte que l'onde de pression a un effet qui de- vient généralement négatif et pernicieux. Ainsi, en parlant de façon générale, on met à orofit, dans un moteur d'automobile, l'effet de l'onde de pression à grande vitesse, alors que l'effet d'inertie est élevé, pour augmenter la puissance du moteur. Ceci signifie à son tour que le couple à faible vitesse, néces- saire pour faire démarrer le moteur, ne peut être augmenté. Par contre, dans un moteur, soit à essence, soit diesel, il est souhaitable d'avoir des tourbillons d'air dans le cylindre pour améliorer le rendement de la combustion et pour évacuer les gaz d'échappement. Dans un système d'admission connu, le passage d'admission du moteur est conformé de manière à établir des tourbillons intenses seulement pour une vitesse de moteur spécifiée. Il s'ensuit que les tourbillons sont intenses à une vi- tesse de moteur élevée, mais modestes pour une vitesse de moteur plus basse, de sorte que les troubillons ayant l'intensité requise ne sont produits qu'à une vitesse de moteur comprise dans une gamme étroite et spécifié. Ainsi la combustion sera moins effective si la gamme spécifiée n'est pas couverte. Par ailleurs un moteur monté avec turbo- compresseur présente une faible capacité de suralimentation à basse vitesse à cause des caractéristiques du turbo- compresseur qui est inefficace avec une pression de sur- alimentation élevée, de sorte qu'il ne peut produire un couple satisfaisant à basse vitesse. Par conséquent certains moteurs à turbocompresseur sont conçus pour utiliser l'effet d'onde de pression susmentionné de manière à augmenter le couple dans une gamme étroite de faibles vitesses. Cependant en dehors de cette gamme de vitesses, l'effet de l'onde de pression exerce une influence contraire, avec l'inconvénient que le couple à faible vitesse, c'est- à-dire le couple nécessaire pour faire démarer le véhicule, ne peut être augmenté. Ainsi c'est un objet de la présente invention que de procurer un système d'admission pour un moteur à combustion interne, qui peut comporter des tourbillons à intensité constante dans les cylindres qui jouissent d'une bonne combustion. Egalement on peut avoir une pression effective moyenne élevée sans limiter la vitesse de rotation du moteur, - qui est favorable à l'effet de suralimentation à inertie dans le système d'admission du moteur -, à une valeur prédéterminée, mais à tout moment en rendant sen- siblement constante la vitesse de l'air s'écoulant dans le passage d'admission lors de la course d'aspiration du moteur, même si la vitesse du moteur varie (spécialement dans une gamme basse), de sorte qu'on peut obtenir un effet de suralimentation à inertie, uniforme sur prati- quement toute la gamme de vitesses du moteur. Conformément à la présente invention, on obtient un système d'admission pour un moteur à combustion interne, ledit système comprenant: un passage d'admission compor- tant un orifice d'admission et une tubulure d'admission avec suralimentation à inertie, partant de l'orifice d'admission; une soupape tournante, disposée dans le passage d'admission et capable de tourner pour ouvrir et fermer le passage d'admission; et des moyens de réglage dans le temps pour modifier l'instant d'ouverture de la soupape tournante en fonction de la vitesse du moteur. Plus spécifiquement, aux trois quarts environ de la vitesse maximale du moteur, les instants d'ouverture et de fermeture sont synchronisés avec ceux d'une soupape d'admission et l'instant d'ouverture de la soupape tour- nante est retardé par les moyens de réglage des temps, lorsque la vitesse du moteur chute, de sorte que l'aspi- ration débute avec l'instant d'ouverture retardée de la soupape tournante et se termine avec la fermeture de la soupape d'admission, ce qui fait que l'effet d'inertie et l'effet d'onde de pression de l'air d'admission par la tubulure d'admission avec suralimentation a inertie peuvent être utilisés avee efficacité. On décrira maintenant l'invention à titre d'exemple en se référant aux dessins, parmi lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale schématique d'un moteur quatre temps avec un système d'admission conforme à l'invention; - la figure 2 est une coupe suivant le plan A - A de la figure 1 et montre égaler.ert des moyens de réglage des temps pour régler les instants d'ouverture et de fermeture d'une soupape tournante faisant partie du système; - la figure 3 est un diagramme illustrant les rendements volumétriques (ou couples) de moteurs avec et sans le système de l'invention; - la figure 4 est un diagramme montrant les instants d'ouverture et de fermeture des soupapes tournantes et d'admission du système lorsque le moteur tourne à grande vitesse; - la figure 5 est un diagramme montrant les instants d'ouver- verture et de fermeture des soupapes tournantes et d'admis- sion du système lorsque le moteur tourne à faible vitesse; - la figure 6 est un diagramme montrant les couples de moteurs à turbocompresseur, avec et sans le système de l'invention et - la figure 7 est une coupe schématique longitudinale d'un moteur deux temps comportant un système d'admission selon l'invention. En se reportant aux dessins, un système d'admis- sion est construit en général comme représenté sur la figure 1. Un moteur 4 temps E comporte une tête de cylin- dre 5 montée sur un cylindre 1. Dans ce cylindre 1 il y a un piston 3, animé d'un mouvement de va-et-vient, qui porte un segment de piston 2 pour faire tourner un vile- brequin (non représenté) par l'intermédiaire d'une bielle 4. La tête 5 comporte un orifice d'admission 6 et un orifice d'échappement 7, qui comportent respec- tivement une soupape d'admission 8 et une soupape d'échap- pement 9. En amont de l'orifice d'admission 6, on a dis- posé dans une longue tubulure d'admission 11 avec surali- mentation à inertie, qui relie l'orifice d'admission 6 et une chambre d'admission 10, une soupape tournante 12, laquelle est entraînée par le vilebrequin par l'intermé- diaire d'une transmission à engrenages, pour fonctionner co me soupape de commande. La figure 2 montre le moyen de réglage des temps incluant l'entraInement de la soupape tournante 12. Cette soupape 12 est fixée par une broche 14 sur un arbre d'entraînement 13 supporté par un corps de soupape 11A formé à mi-chemin de la tubulure d'admission 11. L'arbre d'entraInement 13 est monté grâce à plusieurs paliers 19 et une paire de manchons 15 qui sont disposés de façon à serrer la soupape tournante 12 dans le corps de soupape 11A et également grâce à un manchon unique 16. L'arbre d'entraînement 13 a une extrémité constituée avec des cannelures hélicoidales 13a tournant en sens inverse des aiguilles d'une montre. Un engrenage de distribution 17 est relié, de façon à être entraîné, au vilebrequin (non représenté) grâce à d'autres engrenages. Un arbre tournant 18 est solidarisé avec l'engrenage de distribution 17 et il est supporté à son extrémité de droite par un palier 20 et un support 21 attaché au moteur. L'extrémité de gauche de l'arbre 18 possède des cannelures hélicoidales 18a allant dans le sens des aiguilles d'une montre. Les deux systèmes de cannelure hélicoidales, l'un en sens contraire des aiguilles d'une montre, l'autre dans le sens des aiguilles d'une montre, 13a et 18a, sont reliés par un organe de réglage 22 qui est constitué, à sa surface inté- rieure,avec des dents 22a et 22b qui sont respectivement en prise avec les deux systèmes de cannelures 13a et 18a. Une masse à action centrifuge 23 est supporté, avec possibilité de pivotement, par un axe 25 monté sur un sunport 24 qui fait saillie à partir du côté intérieur de l'engrenage de distribution 17. La masse 23 comporte- une extrémité portant contre l'extrémité de droite de l'organe de réglage 22. Un ressort de compression à boudin 26 est mon- té entre une bride 13b de l'arbre d'entraînement 13 et l'extrémité de gauche de l'organe de réglage 22 pour solli- citer ce dernier à s'appuyer contre la masse 23 à tout moment. Ainsi la masse 23 ne peut surmonter la force du ressort 26 en dessous d'une vitesse prédéterminée du moteur, mais pour une vitesse plus élevée elle peut déplacer l'organe de réglage 22 vers la gauche. Il s'ensuit qu'une différence de phase est établie entre l'arbre tournant 18 et l'arbre d'entraînement 13 grâce aux canne- lures hélicoïdales 13a et 18a qui engrènent avec les dents 22a et 22b. En d'autres termes, l'arbre d'entralnement 13 est amené à tourner dans une direction convenant pour retarder l'instant d'ouverture de la soupape tournante 12. Il s'ensuit qu'il est possible de retarder l'instant du début d'aspiration du moteur et de raccourcir la période d'aspiration. Un levier de réglage 27 est monté sur un axe 28. L'extrémité inférieure du levier 27 est engagée dans une rainure 22c de l'organe de réglage 22 et son extré- mité supérieure est reliée à un dispositif de réglage du débit de carburant (non représenté) par une liaison 29. A ce propos, dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, la soupape tournante 12 a des périodes d'ouverture et de fermeture de soupape réglées à environ 90 degrés chaque fois et est entratnée à la moi- tié de la vitesse du vilebrequin par l'engrenage de distribution 17. Néanmoins, si la soupape tournante 12 est entraînée au quart de la vitesse du vilebrequin, les périodes d'ouverture de la soupape peuvent être réglées à environ 45 degrés. Le moyen de réglage, indiqué de façon générale par le repère 100, qui est utilisé dans le système d'admis- sion de l'invention pour régler les temps d'ouverture et de fermeture de la soupape tournante, n'a pas nécessai- rement sa construction limitée à la combinaison de la masse à effet centrifuge, du ressort, du levier et de l'organe de réglage engrenant avec les nervures hélicoTda- les pour des déplacements axiaux. Le fonctionnement du système d'admission de l'invention n'est pas affecté si le moyen de réglage 100 est construit par exemple pour régler l'instant d'ouverture de la soupape tournante conformément à la vitesse ou à la charge du moteur. On exposera maintenant le fonctionnement par- ticulier du mode de réalisation décrit ci-dessus. La figure 3 illustre la relation entre la vitesse du moteur, le rendement volumétrique et le couple. Sur la figure 3, la courbe en trait plein indique le cas o il n'y a pas de suralimentation à inertie; la courbe en traits interrompus indique l'effet d'inertie si une tubulure d'admission de suralimentation à inertie utilisée à une certaine longueur; la courbe en trait mixte fait de traits et de points uniques désigne le cas d'une sur- alimentation à inertie dans laquelle l'effet d'onde de pression est ajouté à l'effet d'inertie; et la courbe à traits et points doubles correspond à l'usage du système de l'invention. Dans un moteur bien connu possédant une vitesse maximale de 6 000 tours/minute par exemple, la longueur de la tubulure d'admission est choisie pour établir un effet d'onde de pression maximale à 5 000 tours/minute, de sorte que la puissance du moteur peut être augmentée. Mais à faible vitesse, le couple élevé ne peut être obtenu comme il a été exposé ci-dessus. Si le système de l'invention est appliqué à ce moteur, la masse centrifuge 23 exerce une force centrifuge importante à la grande vitesse de 5 000 tours/minute, de sorte que sa saillie vers l'in;érieur 23a pousse l'organe de réglage 22 à l'encontre du ressort de compression 26 et ainsi la phase de la soupape tournante 12 est suffisamment avancée par rapport à l'engrenage de distribution 17 (comme re- présenté sur la figure 4) pour synchroniser les instants des ouvertures de la soupape d'admission et de la soupape tournante. Dans l'état de la figure 4, un moteur comportant le système d'admission de l'invention a ses instants d'ouverture et de fermeture du passage d'admission établis pour être sensiblement les mêmes que ceux du moteur ordi- naire par l'action de la soupape tournante et il est soumis à la suralimentation à inertie par suite des effets d'inertie et d'onde de pressions, semblables à ceux du moteur à suralimentation à inertie ordinaire représenté sur la figure 3, de sorte qu'il peut produire un couple de grandeur similaire. Pour une faible vitesse du moteur, le moteur ordinaire a sa période ouverte du passage d'admission si allongée que les ondes de pression s'écoulant à une vitesse accoustique constante dans le cylindre sont réfléchies si la soupape d'admission est fermée pour re- venir comme des ondes de pression en retour dans le passage d'admission. Il s'ensuit que non seulement l'effet d'onde de pression devient négatif, mais que la vitesse de piston est tellement faible que la vitesse d'écoulement des gaz correspondant dans le passage d'admission chute, en dégradant l'effet d'inertie, comme on voit sur la figu- re 3. Dans le système de l'invention, la force cen- trifuge de la masse 23 décroît tellement qu'elle ne surmonte pas la force du ressort 26 lorsque la vitesse du moteur chute, de sorte que l'organe de réglage 22 est poussé vers la droite pour retarder la phase de l'arbre 13 et en con- séquence, la phase de la soupape tournante sur l'arbre 13, par rapport à celle de l'engrenage de distribution 17. Il s'ensuit que la période de temps d'ouverture du passage d'admission, qui doit être ouvert lorsque la soupape tournante 12 est ouverte et fermé lorsque la soupape d'admission 8 est fermée, est égalée à celle de la vitesse élevée du moteur, de sorte que l'effet d'onde de pression semblable à la vitesse de moteur élevée est produit et aussi de façon que la vitesse d'écoulement du gaz dans le passage d'admission lors de la course d'aspiration est maintenue au même niveau qu'à une vitesse de moteur élevée, de façon à procurer un effet d'inertie semblable à celui de la vitesse élevée du moteur, comme indiqué par la courbe à traits et doubles points de la figure 3. Ces fonctionnements seront décrits plus en détail en se référant aux figures 3, 4 et 5. Si l'on fait tourner le moteur dont les instants du passage d'admission et de la soupape sont réglés pour produire les effets les olus forts à 5 000 tours/minute par exemple, seulement à vitesse moitié ou 2 500 tours/minute par exemple, l'instant de l'ouverture de la soupape tournante est retardée, coTme on voit sur la figure 4, de façon que la période d'ouverture de la soupape d'admission, c'est-à-dire la période d'ouverture du passage d'admission de 250 de- grés est réduite à la moitié, c'est-à-dire 125 degrés. Alors la période d'ouverture du passage d'admission est identique à celle pour la vitesse du moteur de 000 tours/minute, de sorte que l'effet de suralimen- tation à inertie qu'on peut obtenir est semblable à celui de la vitesse du moteur à 5 000 tours/minute, comme il a été décrit. De plus, lorsque la vitesse du moteur change, la vitesse de débit des gaz s'écoulant dans le cylindre est constante. Ceci rend également constante l'intensité des tourbillons engendrés dans le cylindre, de sorte que es gaz peuvent être br1lés avec un rendement élevé sur toute la gamme de vitesses tout en émettant un échappement "propre". Le fonctionnement sera maintenant décrit dans le cas o le système de l'invention marche avec un moteur à turbocompresseur. La courbe en trait plein sur la figure 6 fournit la relation entre la vitesse de rotation et le couple d'un moteur sans suralimentation. En parlant de façon générale, le moteur à turbocompresseur a son couole croissant avec la vitesse du moteur, comme il est indiqué pa, la courbe en traits interrcmpus de la figure 6. Par conséquent, si ce moteur comporte une pression de combus- tion permise élevée, le couple crottra le long de la cour- be en pointillé (traits interrompus) mais n'arrivera pas à produire le couple à basse vitesse nécessaire pour un moteur de véhicule. Même si le dispositif de suralimentation à inertie est réglé à la vitesse de rotation a du moteur sur la figure 6, dans le but d'améliorer le couple à basse vitesse, ce couple à basse vitesse est augmenté comme le long d'une courbe à traits et trois points, comme il est bien connu. Néanmoins, pour une vitesse de rotation b du moteur sur la figure 6, le couple à très basse vitesse n'est pas changé et n'arrive pas à produire le couple de démarrage nécessaire pour le moteur. Si la soupape tour- nante pour régler les moments d'ouverture et de fermeture de la soupape est adjointe au passage d'admission du moteur à turbocompresseur comportant une suralimentation à inertie et que son instant d'ouverture est réglé comme il a été décrit, le couple à très basse vitesse (c'est- à-dire le couple pour la vitesse de rotation b du moteur sur la figure 6) peut être augmenté comme indiqué par la courbe à traits et deux points. On décrira maintenant le fonctionnement d'un moteur à allumage par étincelles auquel le système de l'invention est appliqué, le moteur étant supposé partiel- lement chargé. Afin que la soupape tournante 12, dans le passage d'admission, ne possédant pas de moyens d'étran- glement tels qu'une soupape de commande à papillon, puisse être ouverte au voisinage du point mort bas de la course d'aspiration, la liaison 29 (figure 2) du dispositif de réglage du taux d'alimentation en carburant (non repré- senté) est tirée vers la droite pour faire tourner le levier de réglage 27 dans le sens des aiguilles d'une montre autour de l'axe 28, de sorte que l'organe de réglage 22 est déplacé davantage vers la gauche pour retarder l'instant d'ouverture de la soupape tournante 1 1 12. Alors le mélange carburant-air peut être aspiré à la vitesse du son dans le cylindre sous un vide élevé, de sorte que des tourbillons très intenses peuvent être engendrés dans le cylindre par ce mélange pendant un laps de temps très bref pour brûler le mélange, même si le mélange est pauvre. Dans la marche au ralenti, par exemple, la période d'ouverture de l'orifice d'admission est raccourcie jusqu'à une faible valeur telle que degrés environ, de sorte que le dispositif de réglage du taux d'alimentation de carburant allonge la période d'ouverture de l'orifice d'admission lorsque la charge augmente. La figure 7 montre le cas o le système de l'invention est appliqué à un moteur deux temps. Dans ce cas, la soupape tournante 12 également a sa période d'ouver- ture réglée par des moyens de réglage des temps semblables à ceux représentés sur la figure 2, pour régler la période d'ouverture de l'orifice d'admission comme il a été décrit, de sorte qu'on peut également obtenir l'effet de suralimentation à inertie, même pour une basse vitesse du moteur, comme dans le moteur à 4 temps. Ainsi qu'il a été décrit jusqu'à présent, la soupape tournante servant à régler les temps d'ouverture et de fermeture de la soupape est disposée dans le passage d'admission et ces instants d'ouverture varient avec la vitesse du moteur grace aux moyens de réglage. Il s'ensuit que la période de temps pendant laquelle le passage d'admis- sion est ouverte est rendue constante pour toutes les charges du moteur et sensiblement sur la totalité de la 3o gamme de vitesses du moteur, pour produire sûrement les ondes de pression dans le cylindre et pour établir l'effet d'inertie non seulement à vitesse élevée, mais également à faible vitesse du moteur, de sorte qu'on peut obtenir un rendement volumétrique élevé sur toute D5 la gamme de vitesses. Egalement l'intensité des tourbillons dans le cylindre est rendue constante, indépendamment de la vitesse du moteur, pour obtenir une combustion "propre" et avec un rendement élevé, de sorte qu'un couple élevé peut être produit sur toute la gamme de vitesses. Egalement le débit d'écoulement du mélange n'est pas réglé par le papillon lorsque le moteur à allu- mage par étincelles se trouve sous une charge partielle, mais la période d'ouverture du passage d'admission est raccourcie en retardant l'instant d'ouverture de la valve tournante 12, de sorte que le mélange est introduit à la vitesse du son dans le cylindre. Il s'ensuit que l'inten- sité des tourbillons est augmentée pour obtenir une com- bustion pauvre sous une charge partielle, de sorte que le moteur peut avoir un rendement calorifique élevé avec faible pollution dans l'échappement. REVENDICATIONS 1. Système d'admission pour un moteur à combus- tion interne, caractérisé en ce qu'il comprend: un passa- ge d'admission (10) comportant un orifice d'admission (6) et une tubulure d'admission avec suralimentation à inertie (11), partant de l'orifice d'admission; une sou- pape tournante (12), disposée dans le passage d'admission et capable de tourner pour ouvrir et fermer le passage d'amission et de moyens de réglage des temps (100) pour modifier l'instant d'ouverture de la soupape tournante en fonction de la vitesse du moteur. 2. Système selon la revendication 1, carac- trisé en ce que, sensiblement aux trois quarts de la vitesse ma-ximale du moteur, les instants d'ouverture et de fermeture sont synchronisés avec ceux d'une soupape d'admission et en ce que l'instant d'ouverture de la sou- pape tournante est retardé par les moyens de réglage des temps lorsque la vitesse du moteur chute, de sorte que l'aspiration débute avec l'instant d'ouverture retardée de la soupape tournante, et se termine avec la fermeture de la soupape d'admission, ce qui fait que l'effet d'iner- tie et l'effet d'onde de -pression de l'air d'admission oar la tubulure d'admission peuvent être mis à profit. 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de réglage des temps comprennent un premier arbre entralné (13) sur lequel la soupape tournante (12) est montée, et un deuxième arbre d'entraînement (18) et une liaison réglable (22, 13a, 18a) entre le premier arbre et le deuxième arbre. 4. Système selon la revendication 3, dans lequel C) le premier arbre (13) et le deuxième arbre (18) sont dis- posés bout à bout sur un axe commun. 5. Système selon la revendication 4, dans lequel le premier arbre présente une cannelure hélicoïdale (13a) dans un sens et le deuxième arbre, une cannelure hélicolda- le (18a) en sens opposé, et un manchon (22) fileté intérieurement engrène avec les deux cannelures et est coaxial avec celles-ci. 6. Système selon la revendication 5, dans lequel le manchon est déplaçable grâce à des moyens de réglage dépendant de la vitesse du moteur. 7. Système selon la revendication 6, dans lequel le moyen de réglage est une masse (23) à action centrifuge sur une monture tournante (17), et un ressort hélicoidal (26) sollicite le manchon en direction de la masse, de façon qu'au-dessus d'une vitesse de moteur donnée la masse centrifuge surmonte la force du ressort et déplace le manchon pour régler l'arbre entraîné et la soupape tournante. 8. Système selon l'une quelconque des reven- dications 5 à 7, dans lequel le manchon est de plus mobile de façon réglable par un dispositif de réglage du débit d'écoulement du carburant.