Brevet FR2663984A1 — publié le 19920103

PERFECTIONNEXENT A UNE SOUPAPE D'ADMISSION La présente invention est un perfectionnement à une soupape d'admission. En particulier, l'invention concerne une soupape d'admission équipée d'un déflecteur pour contrôler l'aérodynamique interne de la chambre d'un moteur à combustion interne. L'utilisation de déflecteurs sur une ou plusieurs soupapes d'admission d'un moteur à combustion interne est une technologie connue et employée de longue date par les laboratoires specialises. Cette technologie permet de générer un mouvement tourbillonnaire (swirl) ou plus généralement un mouvement aérodynamique dans la chambre de combustion dont l'intensité est ajustée en fonction de l'orientation de ce déflecteur. Ce dernier peut avoir des formes et dimensions diverses mais demeure un des plus sûr moyen d'obtenir des niveaux aérodynamiques élevés. Au niveau du laboratoire d'essai, le déflecteur est en général directement soudé ou brasé sur la tulipe ou collerette de la soupape et son positionnement est assuré par un calage angulaire de la soupape. Ainsi cette technique est enseignée par le brevet américain 4 309 969 utilisant un déflecteur formé d'une portion de cylindre directement soudée sur la collerette de la soupape, l'ouverture du cylindre du déflecteur comporte en son centre des ailettes solidaires de la collerette de la soupape et destinées à canaliser l'écoulement aérodynamique déflecté. De même le brevet US 4 320 725, notamment dans sa figure 3, enseigne une soupape qui comporte un déflecteur rendu solidaire de la collerette de la soupape. Si ces dispositifs permettent d'avoir un effet important de tourbillon (swirl) ils présentent néanmoins l'inconvénient d'imposer que la soupape soit bloquée en rotation. En effet, si le calage angulaire de la soupape peut être acceptable pour la durée d'un test, il n'est pas envisageable sur un moteur de production car l'absence de rotation de la soupape provoque des usures anormales, du siège de soupape prévu sur la culasse, des portées de la soupape et du guide de soupape. Ces usures conduisent à des pertes d'étanchéité préjudiciables au rendement du moteur. De même les brevets US 4 424 777 et 4 432 312 enseignent une soupape comportant du côté de la collerette des ailettes montées pivotantes entre la tige de la soupape et un rebord circulaire formé sur la collerette de la soupape. Lesdites ailettes sont déplacées en position angulaire par une bague annulaire mobile par rapport à la soupape qui, elle, se trouve calée angulairement. Le déplacement de la bague par rapport à la soupape modifie la position angulaire des ailettes et par là même l'angle d'écoulement ou la déflexion. Ces dispositifs nécessitant le calage angulaire de la soupape présentent l'inconvénient cité ci-dessus.De plus ces dispositifs comme celui du brevet US 4 428 336 qui enseigne une soupape comportant une pluralité d'aubages rendus solidaires de la collerette, du fait de la présence d'une pluralité d'aubages mobiles ou non répartis sur la périphérie de la soupape accentuent les pertes aérodynamiques de l'écoulement. Ces pertes ont pour conséquence de diminuer le remplissage du cylindre et de provoquer une chute de puissance du moteur. On assiste à un phénomène semblable avec le dispositif revendiqué dans le brevet US 4 355 604 qui est supposé accroître le niveau de turbulence dans la chambre de combustion. Un premier but de l'invention est donc de pallier les inconvénients de l'art antérieur en proposant une solution qui permette d'obtenir une usure normale du siège et de la soupape, qui dégrade le moins possible le remplissage du cylindre mais qui, par contre, permette de donner une direction privilégiée à l'écoulement sans trop le pénaliser du point de vue des pertes par frottement. Ce but est atteint par le fait que la soupape d'admission de moteur à combustion interne comportant un déflecteur pour générer un écoulement aérodynamique organisé dans la chambre de combustion du moteur est caractérisée en ce que le déflecteur est solidaire d'une pièce, indépendante de ladite soupape, montée libre en rotation sur la tige de la soupape et positionnée angulairement de façon indépendante de la soupape par des moyens de positionnement. Selon une autre particularité, le déflecteur forme substantiellement un arc de cylindre dont les génératrices sont parallèles à l'axe de symétrie de la tige de la soupape. Selon une autre particularité les moyens de positionnement sont constitués d'un système crémaillère pignon, le pignon étant solidaire de la pièce indépendante. Selon une autre particularité, la pièce indépendante comporte une manivelle solidaire de son extrémité opposee au déflecteur et les moyens de positionnement sont constitués d'une bielle actionnant cette manivelle. Selon une autre particularité la pièce indépendante peut être actionnée et positionnée par tout autre moyen d'entraînement mécanique ou électro magnetique. Selon une autre particularité la pièce indépendante a une forme de manchon tubulaire dont une extrémité est évasée selon une forme complémentaire de celle de la collerette de soupape, le déflecteur étant rendu solidaire de cette extrémité évasée. Selon une autre particularité, les moyens de positionnement sont commandés en fonction des mesures faites sur les performances du moteur et de l'influence souhaitée sur l'écoulement aérodynamique. Selon une dernière particularité, les moyens de positionnement sont commandés de façon qu'à chaque position angulaire du déflecteur corresponde une intensité et une orientation d'écoulement aérodynamique dans la chambre de combustion. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple mais non limitatif et représenté par les figures ci-après dans lesquelles - la figure 1 représente une vue en coupe du dispositif de l'invention ; - la figure 2 représente une vue en coupe de la pièce indépendante utilisée dans l'invention - la figure 3 représente une vue de dessus des moyens de positionnement utilisés dans l'invention. Le dispositif de l'invention représenté schématiquement sur la figure 1 comprend une soupape (1) montée de façon classique dans un guide de tige de soupape (7) solidaire d'une culasse (8) dans laquelle débouche une pipe d'admission (9). Les portées de la soupape (1) viennent, en position de fermeture de la chambre de combustion (90), appuyer sur le siège de soupape (80) monté dans un épaulement de la culasse. Sur la tige de la soupape est montée libre en rotation une pièce intermédiaire (3) constituée d'un manchon tubulaire se terminant à une extrémité par une portion évasée en forme de tulipe et comportant à proximité du bord de la portion évasée un déflecteur (2) formé par exemple d'une portion de surface cylindrique à section en arc de cercle et dont les génératrices sont parallèles à l'axe de symétrie du manchon de la pièce intermédiaire (3). L'autre extrémité du manchon de la pièce intermédiaire (3) comporte un pignon (5). Cette pièce intermédiaire (3) ou virole est montée libre en rotation sur la tige de la soupape (1) et sa partie évasée vient prendre appui sur la collerette de la soupape. Une gorge (11) prévue sur la tige de la soupape permet de recevoir une bague ou circlips (6) qui rend la virole (3) solidaire de la soupape lors du déplacement vertical. La pièce intermédiaire (3) est déplacée en rotation par une crémaillère (4) qui vient engrener avec le pignon (5) prévu à l'extrémité de la virole. L'autre extrémité (40) de la crémaillère (4) qui est guidée dans la culasse (8) est entraînée par des moyens permettant de commander le déplacement angulaire du déflecteur en fonction de l'influence souhaitée sur l'écoulement aérodynamique.Ces moyens peuvent être tout actionneur mécanique ou électromécanique associé à un calculateur et des capteurs permettant de déterminer en fonction des conditions de fonctionnement souhaitées pour le moteur la position angulaire du déflecteur. Le positionnement correct du déflecteur pendant toute la montée de la soupape suppose un dimensionnement du dispositif crémaillère/pignon qui assure de façon continue 1'engrènement. Il suffira, par exemple, de donner au pignon une dimension selon une direction parallèle à l'axe de symétrie de la virole correspondant au déplacement effectué par la soupape. Le dispositif décrit doit être considéré comme un exemple non limitatif de réalisation de l'invention. En particulier, on peut envisager tout autre système d'entraînement en rotation de la virole (3) comportant le déflecteur. Ainsi le pignon (5) peut être remplacé par une manivelle dont l'extrémité libre est actionnée par une bielle commandée comme pour la crémaillère par un dispositif actionneur. Le système de l'invention peut également être rendu plus compact par son intégration dans le guide de soupape (7). De même la taille et la forme du déflecteur sont purement indicatives. L'intérêt du dispositif de l'invention est de pouvoir modifier le niveau aérodynamique qui règne dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne. Cette aptitude apparaît particulièrement importante dans le cas des moteurs à allumage commandé fonctionnant avec un mélange dilué, tel que par exemple dans le cas de mélange pauvre, de recirculation de gaz d'échappement, de stratification de la charge, etc. En effet, on constate dans ces cas une très forte influence de l'écoulement aérodynamique sur le processus de combustion, donc sur le rendement du moteur. L'ajustement des caractéristiques de l'écoulement pour chaque condition de fonctionnement offre ainsi la possibilité de trouver le meilleur compromis. Les performances du moteur peuvent alors se chiffrer non seulement en termes d'amélioration de rendement mais également en termes de réduction des émissions de polluants. Enfin, ce dispositif permet d'obtenir les avantages ci-dessus tout en conservant à la soupape la possibilité de rotation, qui permet ainsi de réduire son usure et d'assurer plus longtemps une bonne étanchéité. D'autres modifications à la portée de l'homme de métier font également partie de l'esprit de l'invention. On peut également envisager d'assurer le positionnement de la virole (3) en remplaçant le pignon par un aimant dont la position angulaire serait commandée par des électro-aimants disposés dans la culasse à la périphérie et au niveau de l'aimant de la virole. REVENDICATIONS 1) Soupape d'admission d'un moteur à combustion interne comportant un déflecteur (2) pour générer un écoulement aérodynamique organisé dans la chambre de combustion (90) du moteur, caractérisé en ce que le déflecteur (2) est solidaire d'une pièce, indépendante (3) de ladite soupape (1), montée libre en rotation sur la tige de la soupape (1) et positionné angulairement de façon indépendante de la soupape par des moyens de positionnement (5,4). 2) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que le déflecteur (2) forme substantiellement un arc de cylindre dont les génératrices sont parallèles à l'axe de symétrie de la tige de la soupape (1). 3) Soupape selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les moyens de positionnement sont constitués d'un système crémaillère pignon, le pignon étant solidaire de la pièce indépendante (3). 4) Soupape selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la pièce indépendante (3) comporte une manivelle solidaire de son extrémité opposée au déflecteur (2), les moyens de positionnement étant constitués d'une bielle actionnant cette manivelle. 5) Soupape selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la pièce indépendante (3) peut être actionnée et positionnée par tout autre moyen d'entraînement mécanique ou électromagnétique. 6) Soupape selon une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que la pièce indépendante (3) a une forme de manchon tubulaire dont une extrémité est évasée selon une forme complémentaire à celle de la collerette de la soupape. 7) Soupape d'admission selon une des revendications précédentes caractérisée en ce que les moyens de positionnement sont commandés en fonction des mesures faites sur les performances du moteur et de l'influence souhaitée sur l'écoulement aérodynamique. 8) Soupape selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'à chaque position angulaire du déflecteur corresponde une intensité et une orientation d'écoulement aérodynamique dans la chambre de combustion.