Brevet FR2716935A1 — publié le 19950908

"COLLECTEUR D'ADMISSION A IMPEDANCE NODULABLE ET FAIBLE PERTE DE CHARGE" L'invention concerne un collecteur d'admission à impédance modulable et faible perte de charge, pour moteur à combustion interne équipé d'une installation d'alimenta- tion en combustible par injection, en particulier du type dit "multipoint", comportant, pour chaque cylindre du moteur, au moins un injecteur, qui injecte du combustible dans un conduit d'aspiration du collecteur d'admission d'air au moteur, directement en amont de la ou des soupapes d'admission du cylindre correspondant. On connait déjà des collecteurs d'admission, pour moteurs à combustion interne alimentés par injection, et comprenant chacun: - un plenum, positionné en aval d'un corps de papillon commandant le débit d'air d'alimentation du moteur, et définissant un volume de résonance, et - des conduits d'aspiration, en nombre au moins égal à celui des cylindres du moteur, et dont chacun alimente un cylindre correspondant en air d'admission qu'il reçoit dans le plenum. Ces collecteurs d'admission connus présentent les inconvénients suivants: chaque modèle de collecteur d'admission est défini et réalisé de manière à être accordé en fréquence en fonction du moteur qu'il est destiné à équiper, afin de présenter des performances optimales acoustiques et fluidiques. Mais, toute évolution ou modifi- cation du moteur impose de modifier le collecteur, et en particulier ses dimensions et formes, notamment la longueur des conduits d'aspiration ainsi que les évolutions de l'aire et/ou de la forme de leur section transversale, afin de conserver de bonnes propriétés acoustiques et fluidiques, ce qui implique le plus souvent une rédéfinition complète du collecteur d'admission. Pour remédier à ces inconvénients, il a déjà été proposé des collecteurs d'admission accordables en fréquen- ce, donc à performances acoustiques modulables. Mais ces collecteurs d'admission comportent deux tambours diffuseurs coaxiaux, emboîtés en spirale l'un dans l'autre, montés rotatifs l'un par rapport à l'autre, et munis de moyens de blocage relatif, permettant d'adapter le collecteur d'admis- sion en fréquence au type de moteur qu'il équipe. Il en résulte que ces dispositifs sont de structure complexe, donc coûteux, d'un encombrement important et présentent des pertes de charge élevées. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients précités et de proposer un collecteur d'admission à impé- dance modulable, qui réponde mieux que jusqu'à présent aux divers desiderata de la pratique. Un but de l'invention est donc de proposer un collecteur d'admission à impédance modulable, qui présente de faibles pertes de charges, soit compact, permette une acoustique optimisée, et soit facilement adaptable à différentes familles de moteurs, ou encore adaptable en service sur un moteur, en fonction des conditions de fonctionnement du moteur. Un autre but est de proposer un collecteur d'admis- sion à impédance modulable qui soit d'une structure simple et économique, tout en acceptant les différents types possibles d'injecteurs. A cet effet, l'invention propose un collecteur d'admission du type présenté ci-dessus, et qui se caracté- rise en ce qu'il comprend de plus: - un diffuseur d'entrée d'air, dont l'entrée se raccorde sur la sortie du corps de papillon, et - un guide d'écoulement d'air, assurant la réparti- tion de l'air d'admission sortant du diffuseur vers les conduits d'aspiration, et monté en aval du diffuseur d'entrée, de sorte que la sortie du diffuseur débouche vers l'entrée tubulaire du guide, qui présente un bord amont espacé transversalement du bord aval du diffuseur, par rapport à la direction d'écoulement de l'air, de manière à définir entre le diffuseur d'entrée et le guide d'écoulement un effet de diaphragme permanent ajustable, le diffuseur d'entrée, le guide d'écoulement et au moins en partie les conduits d'aspiration étant logés dans le plenum. Un tel collecteur d'admission a pour avantage que la présence du diffuseur en sortie du corps de papillon limite les pertes de charge, ainsi d'ailleurs que la répartition de l'air d'admission assurée par le guide d'écoulement d'air vers les conduits d'aspiration. De plus, l'ajustement de l'espacement entre le bord aval du diffuseur et le bord amont du guide d'écoulement permet de moduler les performan- ces acoustiques, donc d'adapter le collecteur d'admission en fréquence au moteur sans avoir à bouleverser son architectu- re, tandis que le logement du diffuseur d'entrée, du guide d'écoulement et au moins partiellement des conduits d'aspi- ration dans le plenum, qui constitue une enveloppe définis- sant le volume global du collecteur, permet de donner à ce dernier une bonne compacité. En outre, le fait que le collecteur ne comprenne que quatre pièces, à savoir le plenum, un ensemble de conduits d'aspiration, le diffuseur d'entrée et le guide d'écoule- ment, et que chaque pièce puisse être réalisée en matière de synthèse ou en métal ou alliage, de préférence moulable, est un facteur de simplification de structure, et donc un facteur d'économie. Le collecteur d'admission selon l'invention peut être tel que le diffuseur d'entrée pénètre axialement selon l'axe de l'écoulement d'air dans l'entrée tubulaire du guide d'écoulement, de façon à présenter un recouvrement axial entre le diffuseur et le guide, si l'on souhaite, pour la modulation acoustique, que le volume interne au plenum mais entourant le diffuseur et le guide d'écoulement se comporte comme un résonateur en parallèle sur le conduit défini dans le diffuseur et le guide. Par contre, si l'on souhaite que ce volume interne au plenum se comporte comme un résonateur en série entre le diffuseur d'entrée et le guide d'écoulement, tout en conservant la structure de base du collecteur, le diffuseur et le guide d'écoulement peuvent être disposés de sorte que le diffuseur débouche dans le plenum en amont du guide d'écoulement, et qu'il existe alors un espacement axial entre le bord aval du diffuseur et le bord amont du guide, ou que le bord aval du diffuseur soit sensiblement entouré par le bord amont du guide d'écoulement. La position axiale et/ou transversale relative du diffuseur et du guide d'écoulement peut être figée pour un type de moteur, et ensuite modifiée et à nouveau figée pour chaque évolution ou adaptation du moteur, de manière à assurer la modulation acoustique adaptée à l'évolution d'une famille de moteurs, mais il est également possible, dans une forme de réalisation plus complexe et plus coûteuse, que le collecteur d'admission comprenne des moyens de réglage et de blocage de la position axiale et/ou transversale relative du diffuseur d'entrée et du guide d'écoulement, afin d'autoriser une adaptation en service, en fonction des conditions de fonctionnement du moteur. Ces moyens de réglage peuvent être pilotés par au moins un actionneur, en fonction de l'état de charge du moteur équipé du collecteur, par exemple à partir de la détection de paramètres de fonctionnement du moteur tels que le régime moteur et la pression d'air au collecteur d'admis- sion ou encore le débit d'air d'admission, de façon à accorder le comportement fluidique du collecteur aux points de couple maximum et de puissance maximum du moteur. Dans des modes de réalisation préférés, permettant d'améliorer la compacité et/ou de diminuer encore les pertes de charge, le collecteur d'admission présente de plus l'une et/ou l'autre des dispositions suivantes: - le guide d'écoulement répartit l'air d'alimenta- tion vers deux groupes de conduits d'aspiration et comprend, en aval de son entrée tubulaire, deux branches alimentant chacune en air les entrées de l'un respectivement des groupes de conduits d'aspiration; - la section transversale de chaque branche du guide d'écoulement est sensiblement elliptique et progressivement décroissante vers les conduits d'aspiration; - le diffuseur d'entrée a la forme d'un divergent tronconique de section circulaire; - chaque conduit d'aspiration comprend une partie amont enroulée en arc de cercle depuis la sortie de la branche correspondante du guide d'écoulement et contenue dans le plenum, et une partie aval sensiblement rectiligne, dont l'extrémité aval, en saillie hors du plenum, est solidaire d'une bride de fixation à la culasse du moteur et est amenagée pour porter un injecteur de combustible dans le cylindre correspondant; et - la section transversale de chaque conduit d'aspi- ration est sensiblement conjuguée à la forme de la section que possede le conduit correspondant de la culasse du moteur, usuellement circulaire, ovale ou inscrit dans un rectangle, et sensiblement constante sur toute sa longueur. D'autres avantages et caractéristiques de l'inven- tion découleront de la description donnée ci-dessous, à titre non limitatif, d'un exemple de réalisation décrit en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement et en coupe longitudinale un collecteur d'admission pour un moteur à injection à quatre cylindres en ligne, - la figure 2 représente schématiquement, en partie en coupe transversale et en partie en élévation latérale, le collecteur d'admission de la figure 1, - la figure 3 représente également schématiquement, selon une autre coupe, le collecteur des figures 1 et 2, - la figure 4 est un schéma synoptique correspondant à la figure 1, et - les figures 5 et 6 sont des schémas correspondant au mode de fonctionnement en résonateur respectivement en parallèle et en série du dispositif de la figure 4, selon les positions axiales relatives du diffuseur et du guide d'écoulement. Le collecteur d'admission des figures 1 à 3 comprend un plenum 1, réalisé sous la forme d'un boîtier, constituant l'enveloppe du collecteur, et dont le volume interne constitue un volume de résonance. Sur l'extrémité amont de ce plenum 1 est fixé, par tout moyen mécanique approprié, un corps de papillon 2, muni, à cet effet, d'une bride 3 entourant l'extrémité de sortie de son conduit 4, dans lequel, de manière classique, un obturateur en forme de disque, appelé papillon 5, est monté en rotation autour d'un axe diamétral, afin de commander le débit d'air d'alimenta- tion du moteur. Le plenum 1, ainsi positionné en aval du corps de papillon 2, présente une ouverture d'entrée d'air, directement en regard de la sortie du conduit 4 du corps de papillon 2, et définie par l'extrémité amont du canal 7 divergent tronconique, de section circulaire, d'un diffuseur d'entrée d'air 6, monté dans le plenum 1 de sorte que son entrée 8 se raccorde sur la sortie du corps de papillon 2. A cet effet, l'entrée 8 du diffuseur 6 est entourée d'une bride 9 radiale, par laquelle le diffuseur 6 peut être fixé à la fois à la paroi du plenum 1 et à la bride radiale 3. La sortie 10 du canal divergent 7, à l'extrémité aval du diffuseur 6, s'ouvre en regard de l'entrée tubulaire 12 d'un guide d'écoulement d'air 11 monté dans le plenum 1 en aval du diffuseur 6, de sorte que le bord amont du guide 11, définissant son entrée tubulaire 12, est espacé transversa- lement (par rapport à la direction d'écoulement de l'air représentée par des flèches dans le diffuseur 6 et le guide 11) du bord aval du diffuseur 6, définissant sa sortie 10. De la sorte, un effet de diaphragme permanent est assuré par l'espacement transversal entre le diffuseur 6 et le guide 11, également réalisé sous la forme d'une pièce indépendante. De plus, tel que représenté en traits pleins sur la figure 1, le guide 11 est fixé dans le plenum 1 de sorte que le diffuseur 6 débouche par sa sortie 10 dans le plenum 1, en amont de l'ouverture 12 du guide 11, et qu'il existe ainsi un espacement axial entre le bord amont du guide 11 et le bord aval du diffuseur 6. L'intérêt de ce montage est expliqué ci-dessous en référence aux figures 4 et 6. Mais il est également possible, comme représenté en traits mixtes sur les figures 1 et 4, que le diffuseur 6 soit engagé axialement (selon l'axe commun au corps de papillon 2 et au diffuseur 6, et donc selon l'axe de l'écoulement d'air dans ces derniers), mais toujours avec un espacement radial ou transversal, dans l'entrée tubulaire 12' du guide 11. Le collecteur présente alors, entre le guide 11 et le diffuseur 6, un recouvrement axial défini par la distance axiale entre le bord amont de l'entrée 12' du guide 11 et le bord aval du diffuseur 6. L'intérêt de cette configuration est décrit ci-dessous en référence aux figures 4 et 5. Pour passer progressivement d'une position d'espace- ment axial maximum à une position de recouvrement axial maximum, et/ou pour moduler l'espacement transversal, entre le bord aval du diffuseur 6 et le bord amont du guide 11, l'entrée tubulaire 12 de ce dernier peut être combinée à des moyens (non représentés) permettant de régler et bloquer la position axiale et/ou transversale relative du diffuseur 6 et du guide 11, qui peuvent être tous moyens mécaniques appropriés, par exemple des filetages complémentaires aménagés, l'un, sur la partie principale du guide 11 et l'autre sur son entrée tubulaire 12, réalisée sous forme d'embout ainsi monté axialement mobile sur la partie centrale du guide 11. Ces moyens de réglage peuvent permet- tre de régler en continu la position axiale et/ou radiale relative de la sortie du diffuseur 6 et de l'entrée du guide 11 sur un collecteur en service sur un moteur, par la manoeuvre d'au moins un actionneur à commande électrique, par exemple un moteur électrique de positionnement, piloté à partir de capteurs de régime moteur et de pression ou de débit d'air au collecteur d'admission, les mesures fournies par ces capteurs étant entrées, par exemple, dans une cartographie pour en déduire un signal électrique de commande de l'actionneur. Ce dernier peut, par exemple, déplacer l'entrée tubulaire 12 du guide 11 d'une première position, correspondant à une charge du moteur dans une première zone de fonctionnement du moteur, vers une seconde position, optimisée pour une seconde zone de fonctionnement du moteur. Avec ou sans ces moyens de réglage de la position axiale et/ou radiale relative du diffuseur 6 et du guide 11, ces derniers peuvent également être fixés dans une position telle que le bord aval du diffuseur 6 soit sensiblement entouré par le bord amont de l'entrée tubulaire 12 du guide 11, sans espacement axial ni recouvrement axial sensible entre eux. Dans cette configuration intermédiaire, le collecteur d'admission fonctionne également comme expliqué ci-dessous en référence à la figure 6. Un réglage de la section transversale par modulation radiale de la sortie du diffuseur 6 et/ou de l'entrée du guide 11 est également possible, mais généralement plus coûteux. Dans cet exemple de moteur à quatre cylindres en ligne, la partie centrale du guide 11 se subdivise et se prolonge en deux branches 13 symétriques et recourbées dans le plenum 1, pour alimenter chacune en air deux des quatre conduits d'aspiration 15 du collecteur, dont chaque conduit est destiné à alimenter en air l'un respectivement des quatre cylindres du moteur. La section transversale de chaque branche 13 est progressivement décroissante de la partie centrale du guide 11, en aval de son entrée tubulaire 12, vers les conduits 15. De plus, la section transversale de chaque branche 13 peut être, de préférence, elliptique, et chaque branche 13 se termine, à son extrémité aval, par deux ouvertures de sortie 14 de même section, de forme conjuguée à celle de la section du conduit de culasse correspondant, qui prolonge dans la culasse chaque conduit d'aspiration. Par ces ouvertures de sortie 14, chaque branche 13 est raccordée à l'entrée, de même forme, de l'un respectivement des deux conduits 15 correspondants, dont la section transversale de chacun reste conjuguée à celle du conduit de culasse correspondant et sensiblement constante sur toute sa longueur. Le guide 11 assure ainsi une répartition de l'air d'admission, sortant du diffuseur 6, de manière égale vers chacun des quatre conduits 15. Ces conduits 15, de même longueur et section transversale, généralement elliptique, comportent chacun une partie amont 16, enroulée en arc de cercle en formant ainsi une portion de tore autour de l'axe du plenum 1 de forme généralement cylindrique, depuis la sortie 14 de la branche 13 correspondante du guide 11, cette partie amont 16 étant contenue dans le plenum 1, et une partie aval 17, qui est sensiblement rectiligne, et qui se raccorde à la partie amont 16 par une zone de transition 18 doublement coudée, comme visible sur le plan de coupe vertical de la figure 2 et dans le plan de coupe perpendiculaire de la figure 3. L'extrémité aval de chaque partie aval 17 fait saillie hors du plenum 1 et est solidaire d'une bride 19 de fixation à la culasse du moteur. La bride 19 et l'extrémité aval de chaque partie aval 17 de conduit 15 sont aménagées pour recevoir un injecteur de combustible 20 destiné, dans les installations d'injection du type multipoint, à injecter le combustible dans le conduit 15 correspondant, au niveau de la bride 19, c'est-à-dire juste en amont de la culasse du moteur, et donc de la ou des soupapes d'admission du cylindre correspondant. Cet injecteur 20 peut être de tous types connus, alimenté en carburant par exemple par le côté ou par le sommet. Dans l'exemple décrit, il s'agit d'un injecteur 20 alimenté par le sommet depuis une rampe d'alimentation en carburant 21, et assisté en air à partir de la rampe 22 d'air additionnel. Du fait de la répartition régulière des parties aval 17 de conduit 15 le long de la bride 19, alors que les parties amont 16 des conduits 15 sont regroupées deux par deux dans les parties d'extrémité latérale du plenum 1, pour leur alimentation en air par les branches 13 du guide 11, on comprend que les zones coudées 18 des conduits 15 soient en fait contrecoudées pour les deux conduits 15 d'extrémité et simplement coudées pour les conduits 15 centraux, comme cela est représenté sur la figure 3, puisqu'ils doivent avoir la même longueur. Du fait de leur solidarisation à la bride 19, les quatre conduits 15 et la bride 19 peuvent être réalisés sous la forme d'une pièce indépendante. Le collecteur d'admission peut ainsi n'être réalisé que par l'assemblage de quatre pièces indépendantes, le plenum 1, le diffuseur 6, le guide 11 et l'ensemble des conduits 15 et de la bride 19, chaque pièce étant, de préférence, moulée, en matière synthétique ou en métal ou alliage. La présence du diffuseur 6 en sortie du corps de papillon 2, son canal central divergent 7, ainsi que la présence du guide d'écoulement 11 et la forme ainsi que l'évolution de la section transversale de ses branches 13 ont pour effet de limiter les pertes de charge entre le corps de papillon 2 et les conduits d'aspiration 15. Sur la figure 4, les éléments schématiquement représentés ont été repérés par les mêmes références numériques que les éléments correspondants du collecteur d'admission des figures 1 à 3. Lorsque l'entrée tubulaire 12' du guide 11 est en position de recouvrement axial notable de la partie aval du diffuseur 6, ce recouvrement axial et l'effet de diaphragme permanent ajustable résultant de l'espacement transversal entre le diffuseur 6 et l'entrée 12' du guide 11 ont pour conséquence que le volume interne au plenum 1, autour du diffuseur 6 et du guide 11, d'une part, et, d'autre part, le volume interne au diffuseur 6 et au guide 11 se présentent 1l comme deux volumes en parallèle, comme représenté sur la figure 5, et reliés l'un à l'autre par le diaphragme 23, l'un des volumes (6-11) étant parcouru par de l'air dans le sens indiqué par la flèche de la figure 5, de sorte que le volume interne au plenum 1 constitue un résonateur en parallèle, pour une onde sonore refoulée par le diaphragme 23. Par contre, lorsque l'entrée tubulaire 12 du guide 11 définit non seulement le diaphragme transversal 23, mais également un espacement axial avec la sortie 10 en aval du diffuseur 6, ou lorsque cette sortie 10 du diffuseur 6 est sensiblement entourée par le bord amont de l'entrée 12 du guide 11, le volume interne au plenum 1 se comporte comme un résonateur en série (voir figure 6) vis-à-vis des ondes sonores développées dans le collecteur d'admission. Compte tenu des longueurs et sections des conduits 15 et des branches 13 du guide 11, on peut moduler, par le réglage de la position axiale de l'entrée du guide 11 par rapport à la sortie du diffuseur 6, les performances acoustiques du collecteur d'admission de sorte que ce dernier soit accordé en fréquence au moteur et soit relativement silencieux vis- à-vis des écoulements d'air interne, tout en procurant un gain de couple, et/ou, par le choix des formes du diffuseur 6 et du guide d'écoulement 11, obtenir un gain de puissance, à consommation donnée, de l'ordre de 4 % par rapport aux réalisations classiques de collecteur d'admission. On note également que dans le collecteur selon l'invention, le réglage du positionnement axial relatif du diffuseur 6 et du guide 11 a pour effet de faire varier non seulement le recouvrement ou l'espacement axial entre le diffuseur 6 et le guide 11, mais également le diaphragme transversal 23 entre ces deux éléments. On réalise bien ainsi un collecteur d'admission compact, puisque tous ses composants, sauf la bride 19 de fixation sur la culasse et les parties aval 17 des conduits d'aspiration 15, sont à l'intérieur du plenum 1, ayant des performances acoustiques modulables, puisque la position relative axiale et/ou transversale entre le diffuseur 6 et le guide 11 peut être ajustée, et présentant des pertes de charge optimisées lorsqu'on recherche le meilleur compromis entre nuisances acoustiques et pertes de charge réduites, du fait de la présence, des formes et des évolutions de sections du diffuseur d'entrée 6 et du guide d'écoulement 12. REVENDICATIONS 1. Collecteur d'admission, pour moteur à combustion interne alimenté par injection, et comprenant: - un plenum (1), positionné en aval d'un corps de papillon (2) commandant le débit d'air d'alimentation du moteur, et définissant un volume de résonance, et - des conduits d'aspiration (15), en nombre au moins égal à celui des cylindres du moteur, et dont chacun alimente un cylindre correspondant en air d'admission qu'il reçoit dans le plenum (1), caractérisé en ce qu'il comprend de plus: - un diffuseur (6) d'entrée d'air, dont l'entrée (8) se raccorde sur la sortie du corps de papillon (2), et - un guide (11) d'écoulement d'air, assurant la répartition de l'air d'admission sortant du diffuseur (6) vers les conduits (15) d'aspiration, et monté en aval du diffuseur (6) d'entrée, de sorte que la sortie (10) du diffuseur (6) débouche vers l'entrée tubulaire (12) du guide (11), qui présente un bord amont espacé transversalement du bord aval du diffuseur (6), par rapport à la direction d'écoulement de l'air, de manière à définir entre le diffuseur d'entrée (6) et le guide d'écoulement (11) un effet de diaphragme permanent ajustable (23), le diffuseur d'entrée (6), le guide d'écoulement (11) et au moins en partie les conduits d'aspiration (15) étant logés dans le plenum (1). 2. Collecteur d'admission selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diffuseur d'entrée (6) pénètre axialement, selon l'axe de l'écoulement d'air, dans l'entrée tubulaire (12') du guide d'écoulement (11), de sorte à présenter un recouvrement axial entre le diffuseur (6) et le guide (11). 3. Collecteur d'admission selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diffuseur (6) débouche dans le plenum (1) en amont du guide d'écoulement (11), de sorte qu'il existe un espacement axial entre le bord aval du diffuseur (6) et le bord amont du guide (11). 4. Collecteur d'admission selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bord aval du diffuseur (6) est sensiblement entouré par le bord amont du guide d'écoulement (11). 5. Collecteur d'admission selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de réglage de la position axiale et/ou transversale relative du diffuseur d'entrée (6) et du guide d'écoulement (11). 6. Collecteur d'admission selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le diffuseur d'entrée (6) a la forme d'un divergent tronconique de section circulaire. 7. Collecteur d'admission selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le guide d'écoulement (11) répartit l'air d'alimentation vers deux groupes de conduits d'aspiration (15) et comprend, en aval de son entrée tubulaire (12), deux branches (13) alimentant chacune en air les entrées de l'un respectivement des groupes de conduits d'aspiration (15). 8. Collecteur d'admission selon la revendication 7, caractérisé en ce que la section transversale de chaque branche (13) du guide d'écoulement (11) est sensiblement elliptique et progressivement décroissante vers les conduits d'aspiration (15). 9. Collecteur d'admission selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque conduit d'aspiration (15) comprend une partie amont (16) enroulée en arc de cercle depuis la sortie (14) de la branche (13) correspondante du guide d'écoulement (11) et contenue dans le plenum (1), et une partie aval (17) sensiblement rectili- gne, dont l'extrémité aval, en saillie hors du plenum (1), est solidaire d'une bride (19) de fixation à la culasse du moteur et est amenagée pour porter un injecteur (20) de combustible dans le cylindre correspondant. 10. Collecteur d'admission selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la section transversale de chaque conduit d'aspiration (15) est sensiblement conjuguée & la forme de section du conduit de culasse correspondant et sensiblement constante sur toute sa longueur.