Brevet FR2709789A1 — publié le 19950317

DISPOSITIF DE CONTROLE DE FLUX GAZEUX POUR MOTEURS A EXPLOSIONS La présente invention a pour objet un dispositif de contrôle de flux gazeux pour moteurs à explosions. Il peut s'adapter à tous les types de moteurs à combustion interne, mono ou multicylindres, deux temps quatre temps, essence ou Diesel turbo-compressés ou atmosphériques, mais est surtout destiné aux moteurs à quatre temps de type "à injection", c'est-à-dire sans carburateur. Dans les moteurs à quatre temps, la quantité d'air introduite dépend fortement des conditions qui règnent dans les tubulures d'admission et d'échappement, dans le cylindre au moment de l'ouverture de la soupape d'admission et pendant la période de croisement (soupape d'échappement encore ouverte). Il est très favorable, pour assurer le balayage de l'espace mort, de disposer d'une surpression à l'admission, et d'une dépression à l'échappement, par rapport à la pression qui règne dans la chambre de combustion. Des conditions inverses provoquent un contre balayage donc, une réintroduction des gaz brulés. La période de remplissage est celle pendant laquelle l'air pénètre dans le cylindre, soit V2 La distribution idéale correspond donc à un sectionnement brutal à l'ouverture et à la fermeture du conduit au moment où la vitesse V2 s'annulerait naturellement. Ces deux cas extrêmes sont fixés par la condition d'équilibre des pressions P2 = P1, P2 étant la pression finale et P1 la pression initiale. A basse vitesse de rotation (V2 = 0 soit P2 = P1), la période d'admission correspond à la course descendante du piston du point mort haut au point mort bas. L'écoulement pouvant être considéré comme incompressible, la vitesse V2 de l'air dans le conduit varie à chaque instant comme V.S/s avec V: vitesse du piston S: section du piston s: section du conduit Lorsque la vitesse de rotation augmente, la vitesse V2, et en particulier son maximum, croît et l'équilibre de pression ne peut être atteint au point mort bas, en sorte qu'un retard à la fermeture (RFA) devient nécessaire. Les pertes de charge accentuent ce phénomène. L'index de Mach caractérise la perméabilité du moteur et trouve surtout une signification pour les moteurs où les effets dynamiques sont très limités (tubulures très courtes). Il est connu que la longueur des tubulures détermine la phase des ondes, la section en déterminant l'amplitude. La possibilité d'obtenir un état final à un niveau de pression P2 supérieur au niveau initial PO permet d'accroître la masse volumique vers la fin d'admission et par conséquent d'atteindre un remplissage plus élevé. Pour un régime donné, il existe une longueur optimale, celle-ci est choisie en fonction de l'utilisation du moteur. Une longueur plus grande l'utilisation du moteur. Une longueur plus grande entraîne un déphasage plus important, donc une adaptation à un régime plus faible, et réciproquement. La vitesse de propagation des ondes, comptée en moyenne sur un aller et retour, se modifie au fur et à mesure que la vitesse de l'air augmente en élevant le régime du moteur. L'index de Mach est limité. La masse volumique peut atteindre (cas limite théorique), 1,57 fois la masse volumique de l'air ambiant, c'est-à-dire l'importance des effets dynamiques. L'index de Mach correspondant, dans la chapelle d'admission, est alors de l'ordre de 0,6 soit une vitesse de 200 m/s. La vitesse moyenne calculée de l'air pendant la période d'admission est aussi d'environ 125 m/s. Dans la pratique, on ne dépasse pas 120 m/s à la puissance maximale pour des moteurs très perméables, 80 à 100 m/s pour des moteurs courants. L'écart entre la pression dynamique obtenue et sa valeur critique maximale, diminue lorsque les effets dynamiques augmentent, limitant ainsi l'amplitude relative de résonance. Avec une section et une longueur fixe de tubulure d'admission, le coefficient de remplissage du moteur varie considérablement, du ralenti au régime maximum d'utilisation. Seul un régime donné sera favorisé, et optimisé. Il en découle des pertes énormes d'énergie lorsque ce régime n'est pas atteint. Le dispositif selon la présente invention permet d'adapter et d'optimiser le remplissage des cylindres à tous les régimes, et d'obtenir à tous les régimes, une vitesse d'air élevée, ce qui présente l'avantage d'offrir une plus grande liberté dans le choix de la longueur de la tubulure, et de réduire considérablement la sensibilité acoustique du moteur. En effet, le fait de pouvoir faire varier le volume interne du conduit d'admission revient à faire varier la longueur de celui-ci. De plus, celà permet d'optimiser et de contrôler au mieux la vitesse de l'air et d'accroître le coefficient de remplissage. Il est constitué d'un organe simple ou double, à déplacement linéaire, de contrôle du débit de l'air dans la tubulure d'admission, suivi d'un mécanisme d'étranglement permettant de faire varier la section de ladite tubulure, ces deux dispositifs pouvant être communs à tous les cylindres ou multiples. Sur les dessins schématiques annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs de formes de réalisation de l'objet de l'invention: la figure 1 est une vue de dessus, d'un collecteur d'admission de moteur à quatre cylindres montrant une disposition possible des dispositifs objets de l'invention, la figure 2 est une coupe longitudinale d'une tubulure d'admission équipée d'un organe de contrôle du débit gazeux à déplacement axial et d'un mécanisme d'étranglement, la figure 3 est une coupe transversale suivant les flèches A-A de la figure 2, la figure 4 est une coupe axiale d'un mécanisme d'étranglement équipé d'un déflecteur pénétrant dans la culasse, la figure 5 représente en coupe axiale un organe de contrôle du débit gazeux double à déplacement radial, formant venturi variable, la figure 6 montre, dans les mêmes conditions, un organe de contrôle du débit gazeux à diaphragme, la figure 7 représente le diaphragme de la figure précédente vu suivant l'axe de la tubulure, et la figure 8 est une coupe partielle d'un collecteur d'admission comportant un mécanisme d'étranglement incorporé. Le dispositif, figures l à 8, est constitué d'un ou pffiusieurs organes de contrôle 1 du débit gazeux, jouant le rôle d'accélérateur, et d'un ou plusieurs mécanismes d'étranglement 2 de la veine gazeuse disposé(s) en aval du ou des organes de contrôle. L'organe de contrôle 1 du débit gazeux, peut être unique et monté en amont du collecteur d'admission 3, ou multiple et installé sur chacune des tubulures d'admission 4 des cylindres. Cet organe est formé d'une ou deux pièces mobiles axialement ou radialement, à mouvement linéaire. Dans le premier cas (figure 2), il s'agit d'un élément tubulaire 5 coulissant dans la tubulure d'admission 4 et actionné par la commande d'accélération 6. Il est terminé en amont par une partie évasée 7 faisant face à un opercule conique 8 à position ajustable grâce à une partie fileté 9. L'élément tubulaire évasé et l'opercule conique pourront avantageusement être disposés à l'intérieur du collecteur d'admission 3. Ils sont dessinés de manière à éviter un écoulement turbulent de la veine gazeuse. Les organes de contrôle du débit gazeux à déplacement radial comportent deux pièces à mouvement inversé grâce à un mécanisme à levier articulé 10 par exemple. Sur la figure 5, on peut voir un tel organe comportant deux blocs mobiles 11, 11' constituant un venturi à ouverture variable. Sur la figure 6, les deux parties mobiles sont formées d'une plaque double 12 enserrant une plaque simple 13, comportant toutes deux des échancrures 14 semi-circulaires permettant de faire varier l'ouverture et donc le débit de l'air d'admission. Les organes de contrôle de débit sont actionnés par la pédale d'accélération, soit directement, par tringlerie ou câble 6, soit indirectement, au moyen d'un électro-aimant 15 contrôlé lui-même par un système électronique connu. Comme l'organe de contrôle 1 du débit gazeux, le mécanisme d'étranglement 2 peut être unique et disposé soit en amont du collecteur d'admission 3 soit dans le collecteur lui-même (figure 8), ou multiple et installé sur chacune des tubulures d'admission 4 des cylindres. Dans tous les cas, le ou les mécanismes d'étranglement seront disposés en aval du ou des organes de contrôle de débit. Le mécanisme d'étranglement 2 est formé d'un élément mobile radialement 16, 16 déterminé pour pouvoir diminuer la section de la tubulure et accélérer ainsi la veine gazeuse dans des conditions bien déterminées. Le mécanisme pourra être simple ou double et être constitué dans ce cas d'un élément mobile 16 et d'un contre-élément 17 se déplaçant en sens inverse (pointillé, figure 2). La commande se fera, indépendamment de la commande d'accélération, par des moyens électro-mécaniques (électro-aimant 15', figure 2), pneumatiques (figure 4) ou autres, contrôlés par un système connu asservi aux divers paramètres de fonctionnement du moteur. Les moyens pneumatiques pourront avantageusement consister en une membrane souple 18 reliée à l'élément mobile 16 et fermant une chambre étanche 19 dans laquelle on peut faire varier la pression. Les angles vifs seront dans toute la mesure du possible supprimés à l'intérieur des tubulures d'admission 4, de manière à éviter la création d'un écoulement turbulent. Dans ce but, les éléments mobiles 16, 17 pourront être prolongés en aval et/ou en amont par des déflecteurs souples 20 plaquant en permanence contre les parois desdites tubulures. Si les éléments mobiles se trouvent suffisamment proches de la culasse 21, les déflecteurs pourront pénétrer à l'intérieur de celle-ci (figure 4). Pour obtenir un meilleur contrôle du balayage, on peut envisager de monter sur les tubulures d'échappement un ou plusieurs organes de contrôle 1 de débit gazeux et/ou mécanismes d'étranglement 2 conformes à ceux décrits ci-dessus. Le positionnement des divers éléments constitutifs donne à l'objet de l'invention un maximum d'effets utiles qui n'avaient pas été, à ce jour, obtenus par des dispositifs similaires. REVENDICATIONS 10. Dispositif de contrôle de flux gazeux pour moteurs à explosions, destiné à tous les types de moteurs à combustion interne, mono ou multicylindres, et en particulier aux moteurs à quatre temps de type à injection, sans carburateur, caractérisé par la combinaison d'au moins un organe de contrôle du débit gazeux (1) dans la tubulure d'admission (4), simple ou double, à déplacement linéaire axial ou radial contrôlé par la commande d'accélération, suivi, en aval, d'au moins un mécanisme d'étranglement (2) permettant de faire varier la section de ladite tubulure et commandé indépendamment du susdit organe de contrôle du débit gazeux, chacun de ces deux dispositifs pouvant être unique, commun à tous les cylindres, et monté en amont du collecteur d'admission (3), ou multiple et installé sur chacune des tubulures d'admission (4) des cylindres. 20. Dispositif selon la revendication 1, se caractérisant par le fait que l'organe de contrôle (1) du débit gazeux est constitué d'un élément tubulaire (5) coulissant dans la tubulure d'admission (4), terminé en amont par une partie évasée (7) faisant face à un opercule conique (8) à position ajustable grâce à une partie fileté (9), l'élément tubulaire et l'opercule conique étant dessinés de manière à éviter un écoulement turbulent de la veine gazeuse. 30. Dispositif selon la revendication 2, se caractérisant par le fait que l'élément tubulaire (5) et l'opercule conique (8) sont disposés à l'intérieur du collecteur d'admission (3). 40. Dispositif selon la revendication 1, se caractérisant par le fait que l'organe de contrôle du débit gazeux (1) est formé de deux blocs mobiles (11, ll') à déplacement radial et mouvement inversé constituant un venturi à ouverture variable. 50. Dispositif selon la revendication 1, se caractérisant par le fait que l'organe de contrôle du débit gazeux (1) est formé de deux parties mobiles à déplacement radial et mouvement inversé formées d'une plaque double (12) enserrant une plaque simple (13), comportant toutes deux des échancrures (14) semicirculaires. 60. Dispositif selon la revendication 1, se caractérisant par le fait que le mécanisme d'étranglement (2) est formé d'un Dément mobile radialement (16) déterminé pour pouvoir diminuer la section de la tubulure d'admission (4) afin d'accélérer la veine gazeuse. 70. Dispositif selon la revendication 1, se caractérisant par le fait que le mécanisme d'étranglement (2) est formé d'un élément mobile radialement (16) et d'un contre-élément (17) se déplaçant en sens inverse, ces éléments étant déterminés pour pouvoir diminuer la section de la tubulure d'admission (4) afin d'accélérer la veine gazeuse. 80. Dispositif selon la revendication 1, se caractérisant par le fait que le mécanisme d'étranglement (2) est formé d'un élément mobile radialement (16') monté dans le collecteur d'admission (3) et déterminé pour pouvoir diminuer la section de passage afin d'accélérer la veine gazeuse. 90. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que la commande du mécanisme d'étranglement (2) se fait par un électro-aimant (15') contrôlé par un système connu asservi aux divers paramètres de fonctionnement du moteur. 100. Dispositif selon l'une quelconque des revendications l à 8, se caractérisant par le fait que la commande du mécanisme d'étranglement (2) se fait au moyen d'une membrane souple (18) reliée à l'élément mobile (16, 16') et fermant une chambre étanche (19) dans laquelle la pression est contrôlé par un système connu asservi aux divers paramètres de fonctionnement du moteur. 110. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que les éléments mobiles (16, 17) du mécanisme d'étranglement (2) sont prolongés en aval et/ou en amont par des déflecteurs souples (20) plaquant en permanence contre les parois des tubulures. 120. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait qu'un ou plusieurs organes de contrôle (1) de débit gazeux et/ou mécanismes d'étranglement (2) sont montés sur les tubulures d'échappement.