Brevet FR2603662A1 — publié le 19880311

La pressente invention concerne les moteurs a combustion interne a soupapes. qu'ils soient alimentés a l'aide de carburateurs ou d inJecteurs et est re estive plus particulièrement a un dispositif d'admis- sion pour o type de moteur. Les moteurs contemporains sont dotés d'un certain nombre de caractéristiques qui favorisent la puissance développee. Parmi ces caractéristiques. on peut citer - des soupapes et des tubulures d'admission largement calculees, - des tubulures d'admission dont l'impédance accoustique est accordée aux conditions de fonctionnement du moteur a régime élevé. - une avance de l'ouverture de la soupape d'échappement et un retard de fermeture de la soupape d'admission par rapport É la position théorique fixée au point mort bas du cycle. S1 ces dispositions donnent des résultats avantageux au regime elevé du moteur elles ne sont pas, par contre, favorables a un fonctionnement optlmal du moteur a régime faible. En effet, lorsqu'un moteur de ce type fonctionne a bas régime, il faut - des tubulures d admission qui présentent une section relativement petite afin d'obtenir que les gaz y circulent a grande vitesse pour favoriser une homogénéisation correcte du mélange détonant et, aussi, un meilleur accord des impédances accoustiques, - des longueurs de tubulures d'admission plus grandes de manière å abaisser les fréquences de résonance accoustique, - supprimer toute avance et tout retard de la commande de l'ouverture et de la fermeture des soupapes d'échappement et d'admission, respectivement. On comprend donc que suivant les choix des caractéristiques faits, les moteurs ne peuvent pas avoir â tous les régimes des performances et des comportements comparables. Il faut adopter une solution de compromis qui fait que ces moteurs manquent souvent d'agrément de conduite et de souplesse de fonctionnement et que l'on est quelquefois obligé d'amoindrir les performances maximales susceptibles d être obtenues pour obtenir un compromis toutefois acceptable. Pour tenter de concilier des impératifs aussi contradictoires a haut et bas régime du moteur. des solutions ont déjà été proposées dans la technique antérieure. Mais ces solutions connues sont compliquées et cheres et n'abordent généralement qu'un aspect du probléme au lieu de l'appréhender dans sa totalité. Selon la technique antérieure, pour obtenir des performances optimales aussi bien a haut régime qu å bas régime du moteur, on a proposé d'équiper des moteurs avec deux soupapes d'admission et des tubulures d'admission distinctes pour chacune de ces soupapes auxquelles est associée une commande qui permet de mettre hors service une des soupapes ou bien un papillon sur une des tubulures d'admission pour pouvoir la neutraliser au moins partiellement. Une autre solution proposée consiste a utiliser des tubulures d'admission dont la longueur est ajustable par coulissement ou bien qui comprend des canalisations multiples de longueurs différentes que l'on peut mettre en service sélectivement. Une autre solution. plus complexe mécaniquement, consiste a utiliser des distributions variables c'est-a-dire qui operent une modification de loi d'ouverture et de fermeture des soupapes en fonction des paramètres de vitesse élevée et de charge du vé hicule. Cette variation de la distribution est obtenue par changement du calage des cames sur l'arbre à cames afin de modifier le déphasage" qui existe entre les ouvertures et fermetures réelles et les ouvertures et fermetures théoriques. Comme on peut s'en rendre compte a la suite de cette analyse rapide des diverses solutions proposées par la technique antérieure aucune ne se propose de régler le problème dans son ensemble. Le but de l'invention est de remédier a la plupart des inconvénients que procurent ces diverses solutions connues en proposant une technique qui agit sur l'ensemble des facteurs qui concourent a obtenir un fonctionnement optimal du moteur aussi bien a régime élevé qu'à bas régime sans qu'elle apporte pour autant une augmentation de la complexité mécanique. L'invention a pour objet un dispositif d'ad- mission pour moteur a combustion interne a soupapes équipé d'une tubulure d'admission avec une conduite principale et une canalisation secondaire qui sont aptes â communiquer en amont d'une soupape d'admission et de moyens d'obturation mobiles associés â la conduite principale de maniére a pouvoir la clore au moins partiellement en amont de son confluent avec la canalisation secondaire. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que ces conduite et canalisation communiquent par une chambre qui entoure la queue de la soupape et où débouchent un orifice relié à la canalisation secondaire et un alésage relié à la conduite principale et en ce que la queue de soupape presente une collerette cylindrique montée coulissantedans cet alésage de manière à le fermer quand la soupape est fermée et à le maintenir ainsi jusqu'à ce qu'elle s écarte de son siège d'une valeur déterminée. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la lecture de la description qui suit et de l'examen du dessin annexé, donné seulement a titre d'exemple. où - la Fiv 1 est une coupe transversale partielle schématique d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention - la Fig.2 est une vue de détail, analogue a celle de la Fiv 1 montrant une variante de réalisation de l'invention et - la Fig.3 est une vue analogue a celle de la Fiv 1 montrant plus en détail la tubulure d'admis- sion et les configurations de sa conduite principale et de sa canalisation secondaire. Les moteurs a combustion interne a soupapes et cylindres où se meuvent en translation alternative des pistons sont bien connus, en particulier en automobile, c'est pourquoi on ne décrira que ce qui concerne l'invention. Tout le reste est choisi par le spécialiste du domaine considéré parmi les différentes solutions qui font parties de son bagage usuel. Comme on le voit notamment sur la Fig.1, une culasse 100 d'un moteur a combustion interne est équipée d'un siège de soupape 110 rapporté et d'un guide de soupape 120 dans lequel est ménagé un perçage 121. Dans cette culasse se déplace, comme il est classique, une soupape 200 destinée à alimenter une chambre de combustion (non représentée) en mélange détonant. Cette soupape 200 présente une tète 210 et une queue 220. Comme il est classique, la périphérie de la tête 210 présente un profil approprié de manitre à pouvoir venir reposer sur un profil complé dentaire du siège afin de clore pratiquement hermétiquement la chambre de combustion lorsqu elle repose sur le siège. La queue 220 coulisse dans le perçage 121 du guide 120 qui est, comme c'est le plus souvent le cas, rapporté dans la culasse. L'ouverture et la fermeture de la soupape sont commandées par un arbre à cames qui agit sur la queue de soupape par l'intermédiaire d'un poussoir 420. Le poussoir est maintenu en permanence appliqué contre l'arbre à cames gracie à un ressort 410 qui prend appui d'une part sur le guide 120 et d'autre part sur une coupelle, dessinée et non référencée, fixée à la queue de soupape de manière à neutraliser tout jeu qui pourrait se produire entre queue de soupape, poussoir et arbre à cames ; ceci ressort clairement de la Fig.1. L'alimentation de la chambre de combustion du cylindre est obtenue à l'aide d'une tubulure d'admission 300 qui se décompose en une conduite principale 310 et une canalisation secondaire 320. Comme cela apparait clairement à l'examen du dessin, ces conduite et canalisation sont agencées de manière à pouvoir communiquer l'une avec l'autre. Pour ce faire, le guide 120 est conçu de manière a ménager une chambre 123 où débouchent un alésage 122 et un orifice 126. Comme on le voit, l'orifice 126 se raccorde a la canalisation secondaire 320 alors que l'alésage 122 peut communiquer avec la conduite principale 310. Comme on le voit sur la Fig.1 notamment, dans cet alésage peut se déplacer une collerette 221 ménagée sur la queue 220 de la soupape 200. Pour privilégier ou non le débit de gaz dans la canalisation secondaire, la conduite principale 310 est munie de moyens d'obturation mobiles tels que, par exemple un papillon 510 porté par un axe 511 qui traverse, par exemple, la culasse et auquel est associé un levier de mise en oeuvre 512, comme cela apparait mieux sur la Fig.3. Le levier 512 est relié à une commande 513.Dans la canalisation secondaire débouche un injecteur 520 dont le débit est réglé par une commande d'injection 720 Comme on le voit sur la Fig.3. la conduite principale 310 et la canalisation secondaire 320 de la tubulure d'admission 300 débouchent toutes les deux dans un répartiteur 600 qui reçoit. à aide d'une conduite 530. l'air qui a traversé le filtre à air. Le débit d'air circulant dans le conduit 530 est mesuré par un débitmètre 710 de tout type connu approprié du commerce qui agit sur une commande d'injection 720 qui fixe le débit de l'injecteur 520.Le débitmètre 710 et la commande d'injection 720 sont des éléments bien connus en technique automobile c'est pourquoi on ne s'y étendra pas plus longuement ; ces éléments sont illustrés schématiquement sur la Fig.3. En examinant la Fig.1, on comprend que la collerette 221 de la queue de soupape, en se déplaçant dans et hors de l'alésage 122 du guide de soupape-120 constitue en quelque sorte une vanne ou soupape secondaire. En agissant sur la position relative de cette collerette par rapport a la téte de soupape et/ou sur les longueurs relatives de l'alésage 122 et de la collerette 221 et aussi sur la position de l'alésage par rapport au siège de soupape on comprend facilement que lorsque la soupape est poussée vers le bas, dans le cas de la Fig.1, par l'arbre a cames qui tourne, il est possible de maintenir momentanément fermée cette vanne secondaire alors que la soupape commence a s'ouvrir.Le choix de ces positions et longueurs relatives permet de fixer les instants d'ouverture et de fermeture de cette vanne secondaire par rapport à ceux de la soupape. Comme on l'a indiqué précédemment, on peut agir à la fois sur la quantité de carburant délivré par l'injecteur dans la canalisation secondaire 320 grâce à une commande d'injection 720 et régler le débit d'air qui circule dans la conduite principale 310 en fermant plus ou moins le papillon 510. On expliquera maintenant le fonctionnement de ce mode de réalisation du dispositif selon l'in- vention. Lorsque le moteur fonctionne a bas ragtime. le papillon 510 est fermé, c'est-à-dire occupe la position ou il est dessiné sur la Fig.1. Toute l'ad- mission d'air et de carburant se fait donc par la canalisation secondaire 320. L'injecteur 520 pulvérise le carburant dans cette canalisation ou l'air circule 9 grande vitesse du fait de sa relativement petite section. Il en résulte donc une bonne homogénéisation du mélange air/carburant-pulvérisé. Lorsque la soupape 200 est fermée, la collerette 221 obture l'alésage 122 et donc la canalisation secondaire. Il résulte de cette situation un déphasage entre l'ouverture de la soupape et celle de la canalisation secondaire 320. En examinant la Fig., on voit que ce déphasage peut ëtre réglé une fois pour toute par le choix de la hauteur du recouvrement de la collerette dans l'alésage, lorsque la soupape est fermée.Par exemple, on peut faire en sorte que la loi d'ouverture de la soupape soit choisie pour obtenir la puissance maximale i régime élevé et, ainsi qu'on l'a indiqué précédemment, régler l'ouverture de la vanne secondaire en la retardant et sa fermeture en l'a- vantant de manière à obtenir une loi adaptée au couple à bas régime, renforçant ainsi les caractéristiques de la canalisation secondaire. Lorsque le moteur fonctionne a régime élevé le papillon 510 est ouvert plus ou moins et la conduite principale 310 et la canalisation secondaire 320 sont utilisées simultanément toutes les deux avec une perte de charge minimale, c'est-a-dire avec un bon remplissage de la chambre de combustion du cylindre. La totalité du carburant est injecté dans la canalisation secondaire et le mélange obtenu est ensuite mélangé, à la sortie de la vanne secondaire, avec l'air qui est acheminé par la conduite principale 310. On observera que grève à cette solution, la turbulence des gaz qui sortent de la vanne secondaire favorise une bonne homogénéisation du mélange : le débouché de la canalisation secondaire 320 dans la chambre 123 peut etre ménagé tangentiellement de ma nière à engendrer un mouvement tourbillonnaire qui favorise encore 1' homogénéisation. On observera immédiatement que le passage de l'un à l'autre des modes de fonctionnement n'est tributaire que de l'ouverture ou de la fermeture des moyens d'obturation associés à la conduite principale. La commande de ces moyens d'obturation. par exemple du papillon, peut être obtenue directement à partir de la position de la pédale d'accélérateur, l'ouverture du papillon se produisant progressivement a partir d'une certaine position de la pédale sur sa course. Ce déplacement du papillon peut ëtre obtenu par toute technique classique telle qu'une timonerie a tringles t/ou a cabales. On peut aussi commander l'ouverture des moyens d'obturation å l'aide de systèmes pneumatiques ou électriques en fonction de certains paramètres mesurés tels que la vitesse ou la charge du moteur. Il s'agit là de techniques classiques et il existe de nombreuses solutions et moyens du commerce pour parvenir à ceci.Il n'est pas possible de faire un choix dans l'absolu et les techniques et les moyens retenus sont déterminés par le spécialiste de la technique considérée en fonction des buts à atteindre avec la solution retenue. Dans le mode de réalisation schématisé sur la Fig.1, on observera que la tubulure d'admission 300 comprend une conduite principale 310 et une canalisation secondaire 320 disposées l'une au-dessus de l'autre, l injecteur 520 étant monté sur la canalisation secondaire. Dans ce mode de réalisation, on a menagé la chambre annulaire 123 dans le guide de soupape qui est emmanché dans la culasse. Ce guide de soupape peut servir aussi d appui pour le ressort de soupape. Dans ce mode de réalisation, ce guide de soupape est emmanché par le haut et prend appui sur un rebord de la fonderie de culasse, comme cela est dessiné.Il est clair que le guide de soupape peut aussi être réalisé en différents éléments de maniére que la chambre 123, avec son orifice et son alésage, soit ménagée dans une pièce autonome distincte du guide de soupape. La Fig.2 représente un détail d'une variante d'exécution selon une vue analogue à celle de la Fig.1. Comme on le remarque pour ce mode de réalisa- tion particulier, le guide de soupape 120 se prolonge par un fourreau 124 muni intérieurement d'ailettes 125 hélicoidales. Cette solution presente l'avantage de favoriser le brassage des flux gazeux en provenance de la conduite principale 310 et de la canalisation secondaire 320 de la tubulure d'admision 300. Ce qui a été expose a. propos de la Fig.1 vaut ici encore, chambre et fourreau peuvent ne pas faire corps avec le guide. Sur la Fig.3, on a représenté plus en détail une autre variante d'exécution de la tubulure d'admis- sion 300. Pour cette variante de réalisation les éléments homologues portent les memes numéros de ré férence, c'est pourquoi on ne s'y attardera pas longuement. On signalera que sur la Fig.3, la conduite principale 310 et la canalisation secondaire 320 débouchent sur la culasse chacune d'un côté de l'arbre a cames 400 et qu'elles sont toutes les deux notablement orientées vers le haut ; ceci permet d obtenir un trajet de flux gazeux plus direct. On notera aussi que la canalisation secondaire 320 et par conséquent l lnzec- teur 520 sont placés du coté de la culasse le plus éloigné du répartiteur 600 de manière à obtenir naturellement le trajet le plus long.De meme, on observera que le papillon 510 est implanté le plus prés possible de la soupape 200, à l'intérieur même de la culasse cette disposition permet de réduire le volume intermédiaire qui s'étend entre le papillon et la queue de soupape a un dixième environ de la cylindrée ce qui permet de limiter les fuites, papillon fermé, pendant la durée comprise entre la fermeture de la vanne secondaire et celle de la soupape et par conséquent d'améliorer encore le taux de remplissage de la chambre de combustion du cylindre. Dans cette configuration l'axe 511 du papillon 510 est incliné d'environ 30 a 35 sur la verti cale et il est commandé par un levier 512 calé sur lui i sa partie inférieure Tous les leviers des papillons des différentes cylindres sont accouplés i une biellette ou analogue, comme il est classique de le faire afin d'obtenir une commande unique. Dans les différentes variantes d'exécution du mode de réalisation du dispositif selon l'invention décrites, on a supposé que le moteur était alimenté par injection multipoints. Il est clair que la solution peut être facilement transposée au cas où le moteur est alimenté par une injection monopoint ou par un simple carburateur. Il s'agit la d'adaptation classique que le spécialiste du domaine concerné sait faire sans difficulté. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'admission pQur moteur å combustion interne à soupapes comprenant une tubulure d'admission (300) avec une conduite principale (310) et une canalisation secondaire (320) qui sont aptes à communiquer en amont d une soupape d admission (200) et des moyens d'obturation (510) mobiles associés à la conduite principale (310) de manière à pouvoir la clore au moins partiellement en amont de son confluent avec la canalisation secondaire (320), caractérisé en ce que ces conduite (310) et canalisation (320) communiquent par une chambre (123) qui entoure la queue (220) de la soupape (200) et où débouchent un orifice (126) relié à la canalisation secondaire (320) et un alésage (122) relié à la conduite principale (310) et en ce que la queue (220) de soupape présente une collerette (221) cylindrique montée coulissantedans cet alésage (122) de manière â le fermer quand la soupape est fermée et à le maintenir ainsi jusqu'à ce qu'elle s'écarte de son siège (110) d'une valeur déterminée. 2. Dispositif selon la revendication 1, pour moteur où la queue de soupape se déplace dans un guide (120) caractérisé en ce que la chambre (123) est ménagée dans le guide (120) de soupape. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la chambre (123) se prolonge en direction de l'alésage (122) par un fourreau (124) portant intérieurement des ailettes hélicoidales (125) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 pour moteur équipé d'un poussoir (420) de soupape muni intérieurement d'un ressort (410) et actionné par un arbre a cames (400), carac térîsé en ce que ce ressort (410) prend appui sur le guide (120) de soupape. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la canalisation (320) débouche tangentiellement dans la chambre (123) 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce ces conduite (310) et canalisation (320) s'étendent, à partir de la queue (220) de soupape, en V de part et d'autre de celle-ci et débouchent sur la culasse (100) du moteur de part et d'autre de l'arbre à cames (400). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 où le moteur a des cylindres en ligne, caractérisé en ce que chaque cylindre est pourvu d'une conduite principale (310) particulière et en ce que ces moyens d'obturation mobiles sont des papillons (510) qui sont chacun logés dans une de ces conduites, montés sur des axes (511) particuliers pa rallèles tournant dans la culasse (100) du moteur et commandés par des leviers (512) particuliers tous reliés à un commande unique. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les conduite (310) et canalisation (320) sont reliées a un répartiteur d'air (600) et en ce que sur cette canalisation (320) est placé un injecteur (520) de carburant dont le !débit est fonction du débit d'air entrant dans le répartiteur (600).