Brevet FR2794806A1 — publié le 20001215

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour l'alimentation améliorée en air frais d'un moteur à combustion interne. Sur les moteurs actuels, les filtres à air sont fixes et, comme ils sont relativement petits, les molécules d'air traversent difficilement les fibres de l'élément filtrant. La dépression qui en résulte augmente le travail que le moteur doit fournir pour vaincre les diverses résistances à l'admission. Le procédé d'alimentation en air frais d'un moteur à combustion interne se caractérise selon l'invention en ce que pour améliorer cette alimentation, on fait passer l'air d'admission à travers un filtre comprenant un élément monté rotatif, l'air étant introduit dans la partie centrale du filtre et s'échappant à sa partie périphérique en étant entraîné, lorsque l'élément rotatif tourne, à une vitesse augmentée sous l'effet de la force rotatoire (centrifuge + tangentielle) imprimée à l'air filtré, que l'on canalise ensuite par des tubulures d'admission au moteur. L'élément rotatif, qui est avantageusement filtrant, peut être avantageusement monté en rotation sur des roulements à billes, à aiguilles ou à rouleaux, peut tourner de lui-même sous l'effet du cheminement de l'air à travers le filtre, ou peut être entraîné en rotation de façon mécanique, par exemple au moyen d'un moteur électrique si l'on veut augmenter l'effet de suralimentation du moteur. Pour la mise en oeuvre du procédé, le dispositif conforme à l'invention comprend au moins un filtre â air composé d'au moins un élément filtrant et un collecteur, que traverse l'air alimentant le moteur avant son admission au moteur, ce filtre se caractérisant en ce qu'il présente une section cylindrique annulaire, l'entrée d'air se faisant au centre d'un élément â section cylindrique qui est ouvert à l'air aspiré â au moins une de ses extrémités, et la sortie vers le moteur se faisant à la périphérie du filtre, ledit élément étant monté tournant autour de l'axe central du cylindre. Avantageusement l'élément tournant est filtrant et est monté tournant autour de deux roulements annulaires à chaque extrémité du filtre, laissant libre le passage central ouvert d'entrée d'air dans le filtre. L'élément filtrant est avantageusement constitué par pliage d'un corps filtrant tel qu'un papier de qualité appropriée plié en accordéon enfermé entre deux grilles respectives, interne et externe, délimitant la paroi interne et la paroi externe de l'élément filtrant; l'élément filtrant peut être pris en sandwich entre deux grilles métalliques pliées en accordéon comme lui, maintenant en place entre les deux grilles interne et externe cylindriques à section circulaire le matériau filtrant intermédiaire. De façon préférentielle, des ailettes dirigées longitudinalement dans des plans radiaux, formant raidisseurs et aubes d'aspiration, sont insérées à l'intérieur de la grille cylindrique circulaire extérieure dans certains au moins des canaux formés entre deux plis contigus de l'élément filtrant. Au ralenti, même si le filtre tourne très doucement, les pertes de charge sont réduites compte tenu de la plus grande surface du filtre à air conçu selon l'invention. Aux régimes moyens, la rotation du filtre créée notamment par les aspirations tangentielles d'admission agit par effet centrifuge sur les masses d'air situées dans les plis du filtre, facilitant la traversée du filtre et compensant l'effet de pompage d'admission d'air au moteur. A haut régime, le filtre agit comme un compresseur centrifuge conduisant à une surpression de l'air frais d'admission dans les conduits d'admission. D'autres caractéristiques, objets et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnant quelques exemples de mise en oeuvre. Dans ces dessins la figure 1 montre de façon schématique, en vue en coupe perpendiculaire à son axe, un filtre conçu selon l'invention monté au-dessus d'un bloc moteur dont on a schématisé un cylindre; la figure 2 est une vue en coupe transversale de la partie tournante du filtre prête à être montée; la figure 3 est une vue schématique en perspective d'une structure de renforcement de l'élément filtrant du filtre et montrant partiellement le collecteur et l'embouchure extra-plate par laquelle l'air est capté pour être envoyé aux cylindres du moteur; la figure 4 montre de façon schématique, vu de dessus avec coupe partielle au niveau de l'axe du filtre pour l'un des cylindres, un dispositif comprenant un filtre à air conforme à l'invention pour l'alimentation d'un bloc moteur comprenant quatre cylindres montés en ligne; la figure 5 est une vue en coupe verticale schématisant l'implantation d'un filtre conforme à l'invention devant le bloc moteur d'une automobile monté transversalement sous le capot avant de l'automobile; la figure 6 montre de façon schématique, en vue perspective, comment peut être implanté un filtre centrifuge conforme à l'invention pour l'alimentation d'un bloc moteur â cylindres montés en V ; la figure 7 montre en vue de dessus et coupe horizontale par l'axe du filtre, une implantation pour l'alimentation d'un bloc moteur à deux cylindres en ligne avec entraînement en rotation du filtre par un moteur électrique. Pour une meilleure compréhension de l'invention, on se reportera tout d'abord à la figure 1. A cette figure, on aperçoit un filtre à élément rotatif indiqué dans son ensemble 1, de section générale cylindrique circulaire, dont l'axe a été référencé O à la figure. Le filtre comprend un élément filtrant référencé 2, constitué par exemple par une feuille de papier prise en sandwich entre deux grilles métalliques, et plié en accordéon, cet ensemble pouvant en outre être maintenu entre deux grilles métalliques ou tamis cylindriques circulaires, non représentés pour ne pas surcharger la figure. La partie tournante du filtre comprenant l'élément filtrant et référencée dans son ensemble 3, est montée tournante grâce à deux roulements, par exemple des roulements à billes, à aiguilles ou à rouleaux montés à chaque extrémité du filtre avec une partie centrale fixe 4 et une partie mobile 5 solidaire de la partie tournante 3 du filtre. Tout autour de la partie rotative du filtre on trouve une paroi fixe 6 formant chambre de confinement, qui s'ouvre comme indiqué en 7 sur l'embouchure très plate d'un conduit 8 d'admission d'air à l'intérieur du cylindre 9 d'un bloc moteur 10. On voit notamment que le conduit d'admission d'air 8 s'enroule en volute sensiblement tangentiellement sur au moins un secteur de la paroi périphérique 6 du filtre. A cette figure, diverses flèches montrent les trajets de circulation de l'air. Comme il apparaît plus clairement aux figures 2 et 3 qui montrent essentiellement la partie tournante du filtre, cette partie comporte en outre des ailettes 11 dirigées longitudinalement parallèlement à l'axe O du filtre formant raidisseurs et aubes d'aspiration lorsque la partie tournante 3 du filtre tourne. Ces raidisseurs sont avantageusement placés dans certains au moins des creux formés par les plis en accordéon de l'élément filtrant qu'ils maintiennent en place, et peuvent être formés par exemple par des ailettes métalliques ou plastiques. A la figure 3 on aperçoit plus clairement le départ 7 d'admission d'air vers le conduit d'adn-ission 8 visible à la figure 1. Egalement à la figure 3, on aperçoit que la partie tournante du filtre comporte des séparateurs, par exemple au nombre de trois, référencés respectivement 12,13 et 14, qui peuvent être surmoulés en matière plastique par dessus des ailettes 11 formant éléments d'entretoisement. Revenant à la figure 1, on va expliquer le principe de fonctionnement du dispositif. Lorsque le piston 15 descend dans le cylindre 9, comme indiqué par la flèche F, et que la soupape d'admission 16 est ouverte, l'air frais est aspiré dans le conduit 8 par la prise d'air 7 très aplatie afin d'engendrer une aspiration pratiquement tangentielle dans la masse d'air filtré en circulation entre la paroi de confinement formant collecteur 6 du filtre et la partie périphérique de l'élément cylindrique 3 tournant, l'admission d'air se faisant par les extrémités latérales creuses ouvertes du filtre, comme on le voit à la figure 4. On se reportera ultérieurement à cette figure pour indiquer le montage en rotation de la partie filtrante et aspirante du filtre. Si la partie 3 du filtre ri est pas entraînée directement en rotation par un moyen mécanique ou électrique comme il sera décrit plus loin, du fait de la configuration du filtre et de l'aspiration tangentielle de l'air à la prise 7, l'élément filtrant va se mettre à tourner automatiquement sous l'effet de la poussée de l'air agissant tangentiellement sur cette partie. Simultanément, les ailettes de raidissement 11 formant aube d'aspiration vont travailler comme les pales d'un ventilateur centrifuge et fourniront une surpression à l'alimentation d'autant plus forte que sera grande la vitesse de rotation de l'élément filtrant. La résistance au passage de l'air sera d'autant moins importante que la surface du filtre développée sur toute sa longueur est très grande et que la force centrifuge imprimée aux molécules d'air va favoriser le transfert de la partie centrale vers la partie extérieure. Les raidisseurs formant aubes 11 auront trois fonctions suivant la vitesse de rotation de la partie tournante 3. Aux bas régimes de rotation du filtre, la dépression exercée sur ces aubes lors des admissions répétées va faciliter la mise en rotation rapide de la partie tournante 3. Lorsque la rotation de la partie tournante est rapide, ces pales de ventilateur centrifuge servent d'extracteur en réduisant d'une part l'effet de pompage à régimes moyens, et permettant d'autre part d'obtenir un effet de suremplissage en surpression des cylindres du moteur à haut régime. Les aubes formant raidisseurs évitent également les déformations possibles de la partie tournante 3 sous l'effet de la force centrifuge, en particulier lorsque le filtre est long. Si une grille extérieure cylindrique circulaire est prévue, elle renforce la tenue de la partie tournante en évitant la déformation sous l'effet de la force centrifuge, notamment des ailettes 11. En se reportant maintenant à la figure 4, on a montré l'application de l'invention à l'alimentation d'un moteur comprenant quatre cylindres en ligne, respectivement 9, 9a, 9b et 9c au moyen d'un filtre qui a sensiblement la longueur du bloc moteur et qui est monté à ses deux extrémités au moyen de deux roulements à rouleaux avec une partie tournante 4 solidaire de la partie 3 tournante du filtre et une partie fixe 5 solidaire de la paroi 6 du collecteur d'admission constitué par le carter du filtre. Entre les parties 4 et 5, on aperçoit les rouleaux 17 du roulement. Le roulement est avantageusement légèrement tronconique de façon à faciliter le montage des roulements aux deux extrémités du filtre au moyen de flasques d'extrémité 18, 19, simplement boulonnés par des boulons 20, 21, à chaque extrémité du montage. La figure 4 montre clairement l'entrée d'air à chaque extrémité du filtre par le centre creux de celui-ci à l'intérieur des roulements, et le trajet amenant l'air aux quatre cylindres du moteur. La figure 4 montre également que la paroi 6 du collecteur comporte avantageusement des ailettes extérieures 22 qui vont permettre de refroidir la paroi du collecteur, donc l'air admis au moteur, en accroissant ainsi encore la fonction de remplissage par la plus grande densité de l'air admis. Pour un tel filtre long, l'utilisation des aubes formant raidisseurs 11 et des séparateurs tels que 12,13 et 14 paraît utile pour éviter toute déformation, en particulier à vitesse de rotation élevée du filtre. Les séparateurs transversaux ont également l'avantage de compartimenter le collecteur pour augmenter l'effet d'entraînement des aspirations tangentielles en réduisant les aspirations latérales et en favorisant la prise d'air dans l'axe du conduit d'admission. En outre, ces séparateurs permettent d'égaliser parfaitement les fluides d'admission d'air à tous les cylindres du moteur; dans le cas de l'exemple de la figure 4, on utilisera ainsi avantageusement trois tels séparateurs, l'air étant admis à chaque cylindre entre deux séparateurs séparant le volume périphérique d'aspiration du filtre en quatre volumes égaux, les flasques du filtre à chaque extrémité jouant le rôle de séparateurs d'extrémité. Dans le mode de réalisation de la figure 4, on observe qu'on pourra faire l'économie, pour le montage, de la grille interne et de la grille externe (non représentées) entourant l'élément filtrant plié en accordéon du côté interne et du côté externe, l'ensemble formant cage d'écureuil étant mécaniquement résistant du fait de la prévision des ailettes raidisseurs telles que 11 et des séparateurs d'entretoisement tels que 12, 13, 14. Comme déjà expliqué, on pourra cependant, pour renforcer la cage d'écureuil, placer autour une grille métallique à section cylindrique circulaire. En se reportant à la figure 5, on a illustré une implantation typique pouvant être utilisée avantageusement sur une voiture automobile à bloc moteur à cylindres en ligne disposés transversalement. Le filtre référencé 1 dans son ensemble, comme à la figure 1, va alimenter les cylindres 9 du moteur par les tubulures d'admission 8. En dessous du filtre 1, on aperçoit en 23 le bloc radiateur de refroidissement du moteur. Le radiateur 23 est avantageusement isolé thermiquement du filtre 1 par un bouclier thermique en matériau semi-rigide 24, qui se prolonge au- dessus de la tubulure 8 par une plaque 25 formant déflecteur. L'air est aspiré à l'avant entre la base 26 du capot 27 et le bouclier 28 de protection de la voiture. En 22, on aperçoit les ailettes de refroidissement déjà mentionnées prévues sur la paroi extérieure de confinement et collectage de l'air d'admission filtré. On observe que cette disposition augmente en outre le potentiel d'absorption en crash-test du véhicule du fait du positionnement particulier du filtre placé transversalement au véhicule, et du fait de sa construction particulière. Suivant le mode de réalisation illustré schématiquement à la figure 7, le filtre référencé dans son ensemble 30 sert à l'alimentation d'un moteur à cylindres disposés en V, le bloc moteur ayant été schématisé en 31. Pour l'alimentation d'un tel bloc moteur, l'air d'admission au moteur est avantageusement recueilli à la périphérie du filtre par deux conduits d'admission 32, 33 dont les volutes s'enroulent dans le même sens, et qui sont disposés sensiblement à 180 l'une de l'autre autour du filtre. L'air pénètre donc au centre comme dans les modes de réalisation précédents, mais s'échappe par deux prises plates tangentielles pour l'alimentation des deux lignes de cylindres du moteur en V. Dans la réalisation illustrée â la figure 7, on a représenté de façon schématique un moteur 34 comportant deux cylindres 35, 36 recevant par des conduits d'admission 37, 38 le flux d'air collecté par deux filtres rotatoires 39, 40, tout-à-fait similaires au filtre décrit en particulier aux figures 1 et 4. Dans le montage illustré à la figure 7, on a cependant interposé entre les deux filtres un moteur d'entraînement dont la partie mobile schématisée en 42 peut être la partie tournante d'un moteur électrique dont la partie fixe serait schématisée en 43. Un système d'embrayage ou de roue libre peut également être prévu pour faciliter la rotation atmosphérique de l'élément filtrant lorsque le moteur électrique n'est pas utilisé. A chaque extrémité du montage sont prévus les roulements à rouleaux creux en leur centre permettant la rotation des filtres. Chaque filtre est alimenté en air frais par une extrémité, celle qui ri est pas occupée par le moteur d'entraînement. Avec un tel montage, on peut à volonté entraîner en rotation le filtre pour lui conférer un effet de surpresseur à l'alimentation, ou simplement le laisser tourner comme dans les exemples précédemment décrits. Bien entendu, à la place du moteur électrique 42, 43 et du système d'embrayage, on peut prévoir tout autre système d'entraînement, par exemple un entraînement mécanique via un embrayage centrifuge, un système de roue libre, etc. Sur les moteurs longs, sur un six cylindres en ligne par exemple, on peut utiliser l'avantage de disposer de deux entrées d'air aux extrémités pour placer au centre du collecteur du filtre un roulement servant de palier central afin d'utiliser deux filtres plus courts à la place d'un filtre très long. Dans les modes de réalisation décrits précédemment, la partie filtrante du filtre a été incorporée à la partie tournante du filtre. Cependant, si désiré, la partie filtrante peut être placée en un autre endroit, par exemple en amont de l'aspiration par la partie tournante, par exemple une large grille plate filtrante à l'embouchure de la prise d'air qui sera introduit comme dans les modes de réalisation décrits à chaque extrémité axiale à l'intérieur de la partie cylindrique tournante. REVENDICATIONS 1. Procédé d'alimentation amélioré en air frais d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'on fait passer l'air d'admission à travers un filtre comprenant un élément (3) monté rotatif, l'air étant introduit dans la partie centrale du filtre et s'échappant à sa partie périphérique en étant entraîné, lorsque l'élément rotatif tourne, à une vitesse augmentée sous l'effet de la force rotatoire (centrifuge + tangentielle) imprimée à l'air filtré que l'on canalise ensuite par des tubulures d'admission (8, 32, 33, 37, 38) au moteur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on entraîne l'élément filtrant en rotation, par exemple au moyen d'un moteur électrique (42, 43). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on monte l'élément filtrant en rotation libre autour d'un axe, le mouvement rotatif de l'élément filtrant résultant du cheminement de l'air à travers le filtre depuis son admission vers son échappement. 4. Dispositif pour l'alimentation améliorée en air frais d'un moteur à combustion interne, comprenant au moins un filtre â air composé d'au moins un élément filtrant et un collecteur (6), que traverse l'air alimentant le moteur avant son admission au moteur, caractérisé en ce que le filtre (1, 30, 39, 40) a une section cylindrique annulaire, l'entrée d'air se faisant au centre d'un élément à section cylindrique (3) qui est ouvert à l'air aspiré à au moins une de ses extrémités, et la sortie vers le moteur se faisant à la périphérie du filtre, ledit élément étant monté tournant autour de l'axe central du cylindre. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément tournant est monté tournant autour de deux roulements annulaires (4, 5) à chaque extrémité du filtre, laissant libre le passage central ouvert d'entrée d'air dans le filtre. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que ledit élément tournant (3) constitue l'élément filtrant du filtre. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément tournant (3) comprend un élément filtrant (2) enfermé entre deux grilles, l'ensemble des trois composants étant plié en accordéon. 8. Dispositif selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisé en ce qu'au moins une grille extérieure cylindrique à section circulaire limite la paroi externe de la partie tournante du filtre entourant l'élément filtrant. 9. Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que des ailettes (11) dirigées longitudinalement dans des plans radiaux, formant raidisseurs et aubes d'aspiration, sont insérées dans certains au moins des canaux formés entre deux plis contigus de l'élément filtrant (2) côté externe. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le filtre comporte des séparateurs (12, 13, 14) disposés orthogonalement à l'axe du filtre entourant l'élément filtrant (2) et formant élément d'entretoisement desdites ailettes (11) formant raidisseurs et aubes d'aspiration. 11. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que le filtre est disposé avec son axe parallèle à l'arbre moteur. 12. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 11, caractérisé en ce que l'air d'admission au moteur est recueilli à la périphérie du filtre par au moins un collecteur (6) entourant le filtre en pénétrant par une prise (7) de forme très plate dans des conduits d'admission (8, 32, 33, 37, 38) s'enroulant en volute sensiblement tangentiellement sur au moins un secteur de la paroi périphérique (6) du filtre. 13. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 12, caractérisé en ce que l'air est recueilli par deux conduits d'adnÜssion (32, 33), dont les volutes s'enroulent dans le même sens et qui sont disposés sensiblement à 180 l'une de l'autre autour de l'axe du filtre. 14. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 13 en combinaison avec la revendication 12 ou la revendication 13, caractérisé en ce que l'élément tournant ayant une forme générale de cage d'écureuil creuse intérieurement, il comporte sur sa face externe une paroi sensiblement cylindrique circulaire (6) canalisant l'air aspiré au centre vers le ou les prises d'air plates d'alimentation d'air au moteur, et ladite paroi comporte extérieurement des ailettes de refroidissement (22).