Brevet FR2816006A1 — publié le 20020503

Dispositif d'obturation de conduits d'admission d'air d'un moteur La présente invention concerne un dispositif d'obturation de conduits d'admission d'air d'un moteur thermique à combustion interne. Plus particulièrement, elle concerne un dispositif d'obturation permettant d'agir sur le débit gazeux circulant entre le collecteur d'admission du moteur et ses différents cylindres. Dans ce type de moteurs, on cherche à optimiser la combustion du carburant dans les cylindres en améliorant le mélange du combustible et de l'air utilisé comme comburant pendant la phase d'admission. Dans les moteurs à injection de carburant, le problème est crucial aux bas régimes de fonctionnement, étant donné l'absence de système à carburateur qui réalise un aérosol de carburant dans l'air d'admission. Le problème est généralement résolu en provoquant de la turbulence dans les débits gazeux qui sont introduits dans chaque cylindre du moteur. Une technique souvent utilisée est celle de l'effet "swirl"ou encore de la rotation des gaz dès leur entrée dans le cylindre afin de créer un mouvement tourbillonnaire d'axe parallèle à celui du cylindre, propice à l'amélioration du mélange air-carburant. Pour y parvenir, on dispose judicieusement l'arrivée des conduits par rapport à l'axe du cylindre et on règle la vitesse et le débit d'air entrant par chaque conduit de manière indépendante de ceux des autres conduits aboutissant dans le même cylindre. Une autre technique consiste à générer un effet"tumble", c'est-à-dire un mouvement tourbillonnaire dont l'axe est perpendiculaire à celui du cylindre. Des dispositifs connus capables de générer un effet swirl ou un effet tumble d'intensité variable selon la charge et le régime du moteur se rencontrent couramment dans les véhicules automobiles. Ils sont généralement réalisés en métal, avec un corps en aluminium et des volets orientables en acier permettant le réglage commandé de l'obturation des conduits d'admission. On a également cherché à produire de tels dispositifs avec de la matière plastique, pour en alléger le poids et en réduire les frais d'usinage. La demande de brevet EP-0701057-Al divulgue un système d'obturation partielle pour moteurs comportant plus d'une soupape d'admission qui est réalisé au moyen d'un corps comprenant les conduits d'admission et des volets obturateurs en matière plastique, les volets étant entraînés par un axe métallique. Le rattrapage du jeu inhérent à la forme imparfaite et aux déformations des pièces en matière plastique est réalisé au moyen d'un système complexe impliquant une section d'arbre de rotation de forme carrée sur lequel peuvent coulisser des tourillons de section intérieure carrée et extérieure circulaire qui portent les volets. Ces dispositifs connus présentent cependant l'inconvénient d'une réalisation délicate et d'un montage impliquant la mise en place de nombreuses pièces différentes dans un agencement relativement complexe. Par ailleurs, le couple mécanique à fournir à l'axe de rotation pour effectuer le réglage de l'obturation demeure relativement élevé, ce qui occasionne des pertes d'énergie et un système de commande et de régulation plus élaboré et coûteux. Pour remédier à ces défauts des dispositifs connus, l'invention a pour but de fournir un dispositif d'obturation dont le montage soit facile, notamment en ce qui concerne l'alignement des paliers de l'axe de rotation portant les éléments d'obturation des conduits. Un autre but du dispositif selon l'invention est aussi de permettre le mouvement de l'axe au moyen d'un couple faible. Enfin, le dispositif selon l'invention peut aussi être associé très facilement au répartiteur d'air en matière plastique et constituer ainsi une seule pièce d'équipement complet réalisée indépendamment du processus de fabrication du moteur et qui peut être ensuite montée très aisément en une seule opération par le constructeur du moteur sur la culasse de celui-ci. A cet effet l'invention concerne un dispositif d'obturation de conduits d'admission d'air d'un moteur thermique à combustion interne, destiné à être inséré entre la culasse (30) du moteur et un répartiteur d'air (20) se terminant à son extrémité dirigée vers le moteur par des conduits d'admission d'air distincts, et comprenant des moyens d'obturation (11) des conduits, mobiles autour d'un axe de rotation (12), qui permettent de fermer simultanément, de manière commandée, au moins temporairement et partiellement et de manière continue et progressive, un ou plusieurs conduits, caractérisé en ce qu'il comprend une pièce (1) faisant vis-à-vis au répartiteur d'air (20) et dont au moins une portion des surfaces de contact de la pièce (1) et du répartiteur (20) se rejoint à hauteur de l'axe (12) des moyens d'obturation (11). Par dispositif d'obturation, on entend désigner tout dispositif permettant de fermer à volonté, totalement ou partiellement, au moins un des conduits d'admission d'air du moteur. Ces conduits d'admission sont les conduits présents dans chaque moteur thermique aboutissant à la partie supérieure de chaque cylindre du moteur à l'endroit d'une soupape d'admission et provenant d'un répartiteur chargé de répartir l'air aspiré entre tous les cylindres. Par moteur thermique, on entend désigner ici un moteur à combustion interne ou à explosion comprenant au moins un cylindre dans lequel coulisse un piston animé d'un mouvement alternatif qui est transformé en mouvement de rotation au moyen d'un système bielle-manivelle et dans lequel l'énergie chimique de combustion d'un carburant est transformée en énergie cinétique de rotation d'un arbre. Le dispositif selon l'invention est inséré entre le répartiteur d'air et la culasse, c'est-à-dire entre la pièce qui répartit entre les différents cylindres l'air utilisé comme comburant par le moteur et la culasse de celui-ci. Les moyens d'obturation employés se définissent comme tout moyen capable de rétrécir la section de passage du débit gazeux dans le conduit d'admission. D importe que ces moyens puissent permettre à volonté d'ajuster sur commande la section de passage, jusqu'à la fermeture complète du conduit. Des exemples de ces moyens sont des volets, diaphragmes et boisseaux. Les volets et les boisseaux sont préférés. Les conduits sont des canalisations situées dans le corps du dispositif selon l'invention qui prolongent chaque conduit d'admission d'air. Les moyens d'obturation sont situés dans ces conduits. Selon l'invention, ces moyens d'obturation sont mobiles autour d'un axe de rotation. Cet axe peut traverser ou non le conduit d'admission d'air. De préférence, l'axe de rotation ne traverse pas le conduit d'admission. La commande de rotation de cet axe permet le réglage du taux d'obturation du conduit. Selon l'invention, lorsque le dispositif permet l'obturation de plusieurs conduits d'admission d'air, la commande de fermeture est simultanée pour tous les conduits. De préférence, le taux d'obturation réalisé est identique pour chaque conduit correspondant pour chaque cylindre. Conformément à l'invention, le dispositif d'obturation comporte un corps formé du répartiteur d'air et une pièce qui lui fait vis-à-vis dont au moins une portion des surfaces de contact de la pièce et du répartiteur se rejoint à hauteur de l'axe de moyens d'obturation. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, une deuxième pièce en forme de plaque coiffe la première pièce, du côté de la culasse du moteur. Cette plaque est perpendiculaire à la direction des conduits d'admission d'air. Elle délimite un espace creux entre la culasse et la première pièce et est munie sur sa surface de contact avec cette première pièce, de moyens d'étanchéité portés sur son pourtour. Par le vocable"moyens d'étanchéité", on entend des moyens n'autorisant pas le passage de l'air à l'endroit où la plaque vient en contact avec le reste de la pièce. Un exemple de tels moyens est un joint souple inséré dans une rainure qui est creusée sur la circonférence de la plaque. Un autre exemple qui donne de bons résultats est celui d'un joint surmoulé sur la plaque. La plaque est aussi percée d'orifices situés dans l'axe des conduits d'admission et surmontés, du côté répartiteur par des conduits prolongeant ces conduits d'admission. Les orifices sont des lumières percées dans la plaque, dans l'axe des conduits. De préférence, ils ont une section qui est exactement pareille à la section intérieure de conduits. Un autre mode de réalisation particulier du dispositif conforme à l'invention comprend une première pièce solidaire d'au moins une partie du répartiteur d'air (20). Tout type de solidarisation peut convenir. Des exemples de solidarisation sont la fixation de la première pièce au répartiteur par un moyen mécanique quelconque tel que le boulonnage, l'utilisation de pattes de fixation, de colliers de serrage, la fixation par soudage ou encore par réalisation intégrée du répartiteur avec la première pièce. Un exemple donnant d'excellents résultats de cette dernière variante d'intégration est la fabrication par moulage en une seule et même pièce du répartiteur et de la première pièce. Un dispositif particulier conforme à l'invention qui peut éventuellement comprendre une ou les deux pièces décrites supra implique des moyens d'obturation qui comprennent un axe parallèle à la direction de la culasse et traversant chaque conduit à obturer. Cet axe porte, à l'endroit du passage à l'intérieur des conduits à obturer, un élément d'obturation qui lui est solidaire et dont la rotation permet l'obturation progressive du conduit. Un autre dispositif particulier conforme à l'invention, mais différent du précédent et qui peut toujours éventuellement comprendre une ou les deux pièces décrites supra implique d'autres moyens d'obturation qui comprennent, dans chaque conduit à obturer, un axe perpendiculaire à la direction de la culasse et traversant le conduit, qui porte un élément d'obturation étant solidaire de l'axe et dont la rotation permet l'obturation progressive du conduit. Chaque conduit à obturer dispose de cette façon de son propre axe. L'ensemble de ces axes sont reliés hors du conduit et d'un même côté de celui-ci, par un système d'entraînement à biellettes commandées par une tige unique parallèle à l'axe de la culasse. Dans chacun de ces divers dispositifs, l'élément d'obturation peut être matérialisé par un volet solidaire de l'axe. Il peut aussi, en variante, être matérialisé par un boisseau, avec l'avantage que dans ce cas, l'axe ne traverse plus le conduit, mais relie en fait les différents boisseaux entre eux, ce qui permet d'éviter les turbulences trop importantes lorsque le taux d'obturation est minimum. Les éléments d'obturation peuvent être réalisés en différentes matières ou compositions compatibles avec l'environnement du moteur et en particulier, celui des conduits d'admission d'air. On peut, par exemple utiliser des éléments en métal. On peut ainsi utiliser des volets en acier ou en alliage d'aluminium. On peut encore utiliser un élément d'obturation en matière plastique, par exemple un volet ou un boisseau à base de résine thermoplastique ou thermodurcissable. Les éléments d'obturation réalisés en matière plastique sont préférés. L'axe portant les éléments d'obturation peut lui même, indépendamment de la nature des éléments d'obturation qu'il porte être réalisé en des matières ou compositions de natures diverses. Il peut, par exemple être réalisé en métal, comme par exemple en acier ou en métal léger tel que l'aluminium ou un alliage d'aluminium. Il peut aussi avantageusement être réalisé en matière plastique. Comme matière plastique, on peut par exemple utiliser une résine polyamide. L'invention concerne également l'utilisation du dispositif décrit plus haut dans un moteur thermique à cylindres comprenant plus d'une soupape d'admission par cylindre. En particulier, le dispositif décrit plus haut est particulièrement bien adapté à l'utilisation dans un moteur thermique suralimenté, c'est-à-dire un moteur dans lequel l'admission d'air s'effectue à une pression supérieure à la pression atmosphérique. Les figures qui suivent sont données dans le but d'illustrer l'invention, sans vouloir en restreindre la portée. Les figures 1 à 11 illustrent une première forme de réalisation concrète de l'invention comportant des éléments d'obturation matérialisés par des volets en matière plastique tournant autour d'un axe unique. Les figures 1 et 4 représentent, respectivement, une vue en plan et une vue en élévation du dispositif conforme à l'invention. La figure 1 porte les références de 5 plans de coupe notés A-A, B-B, C-C, D-D et N-N et la figure 4, la référence d'un plan noté L-L. Les vues en coupe ou en section correspondant à ces plans de coupe sont illustrées respectivement aux figures 2 (coupe selon N-N), 5 (coupe selon B-B) 7 (coupe selon C-C), 6 (section selon A-A), 8 (section selon D-D) et 3 (coupe selon L-L). La coupe selon le plan 1-1 apparaissant sur la figure 1 n'est pas illustrée. Par ailleurs, les figures 9 à 11 donnent une représentation éclatée en perspective de la première pièce (1) (fig. 11), de la deuxième pièce (2) (fig. 9) ainsi que des moyens d'obturation (11) formés de l'axe (12) portant les éléments d'obturation (21) (fig. 10). Dans ces figures, un corps (15) en matière plastique se prolonge en direction de la culasse (30) du moteur par un répartiteur d'air (20) ("manifold" pour les anglo-saxons). La figure 11 montre en particulier une vue en perspective, la première pièce (1) en matière plastique et la plaque (5) percée d'orifices (8), un joint d'étanchéité (6) disposé sur la totalité de son pourtour (7) et les conduits (9) disposés dans l'axe des conduits d'admission et prolongeant ces derniers. A la figure 9, également en perspective, on voit aussi une deuxième pièce (2) en matière plastique, disposée entre le corps (15) et la pièce (1) comportant une semelle (2') percée d'orifices (3) qui correspondent exactement aux conduits d'admission d'air traversant la culasse (30) du moteur. Cette deuxième pièce (2) est bordée par des parois (4) qui l'entourent et sont parallèles à la direction des conduits d'admission d'air. Ces parois (4) se prolongent en saillie par rapport à la surface de la semelle (2'), du côté de la culasse (30) et délimitent un espace creux en coopération avec cette semelle (2'). Les moyens d'obturation (11) sont matérialisés par un axe unique de rotation (12) en matière plastique, parallèle à la direction de la culasse, dans sa plus grande longueur et traversant les conduits d'admission d'air. Au passage de chaque conduit à obturer, l'axe (12) porte des volets (21) en matière plastique solidarisés avec l'axe (12). L'axe (12) repose sur des paliers (31) réalisés eux aussi en matière plastique à faible coefficient de friction et qui font partie de la deuxième pièce (2). Les figures 12 à 24 illustrent une deuxième forme de réalisation concrète de l'invention comportant des éléments d'obturation matérialisés par des volets en matière plastique tournant autour d'axes indépendants actionnés simultanément. Les figures 15, 17, 30, 12, 16 et 21 représentent, respectivement, trois vues en élévation, deux vues en plan et une vue de profil du dispositif conforme à l'invention. La figure 15 porte les références de 3 plans de coupe notés A-A, C-C et D-D. Les vues en section correspondant à ces plans de coupe sont illustrées respectivement aux figures 19, 20 et 18. La figure 12 porte les références d'un plan de coupe noté B-B et la vue en section correspondante est illustrée à la figure 13. La figure 16 porte les références d'un plan de coupe noté E-E et la vue en coupe qui lui correspond est illustrée à la figure 14. Par ailleurs, les figures 22 à 24 donnent une représentation éclatée en perspective de la première pièce (1) (fig. 23), de la deuxième pièce (2) (fig. 22) ainsi que des moyens d'obturation (11) formés des axes (12) portant les éléments d'obturation (21) commandés ensemble par un système d'entraînement à biellettes (16 et 17) (fig. 24). Les dispositions du corps (15) par rapport à la culasse (30), de même que celle du répartiteur (20) et des pièces (2) et (1) sont semblables à celles décrites ci-dessus dans les figures 1 à 11 se rapportant à la première forme de réalisation. Toutefois, dans le cas présent d'un système à pluralité d'axes (12) de rotation, ces derniers sont disposés perpendiculairement aux parois (4) de la pièce (2). Ils sont également réalisés en matière plastique et portent aussi des volets (21) en matière plastique qui leur sont solidaires et sont destinés à obturer les conduits par rotation autour des axes (12). L'entraînement simultané de l'ensemble des axes (12) et des volets (21) est effectué au moyen de biellettes (16) en matière plastique rigide articulées sur un même tige (17), en matière plastique rigide elle aussi. La figure 22 montre aussi que les conduits munis d'éléments d'obturation (volets 21) se prolongent dans la plaque par des continuités de conduit (10) reliés à la plaque au moyen de formes en"S" (32) permettant un léger déplacement de rattrapage de l'alignement avec les conduits d'admission d'air. REVENDICATIONS 1.-Dispositif d'obturation de conduits d'admission d'air d'un moteur thermique à combustion interne, destiné à être inséré entre la culasse (30) du moteur et un répartiteur d'air (20) se terminant à son extrémité dirigée vers le moteur par des conduits d'admission d'air distincts, et comprenant des moyens d'obturation (11) des conduits, mobiles autour d'un axe de rotation (12), qui permettent de fermer simultanément, de manière commandée, au moins temporairement et partiellement et de manière continue et progressive, un ou plusieurs conduits, caractérisé en ce qu'il comprend une pièce (1) faisant vis-àvis au répartiteur d'air (20) et dont au moins une portion des surfaces de contact de la pièce (1) et du répartiteur (20) se rejoint à hauteur de l'axe (12) des moyens d'obturation (11). 2. -Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'une deuxième pièce en forme de plaque (5) coiffe la pièce (1) du côté de la culasse (30), est perpendiculaire à la direction des conduits d'admission d'air, délimite un espace creux entre la pièce (1) et la culasse (30), est munie, sur sa surface de contact avec la pièce (1), de moyens d'étanchéité (6) portés sur son pourtour (7), cette deuxième pièce étant percée d'orifices (8) situés dans l'axe des conduits d'admission, surmontés du côté répartiteur (20) par des conduits (9) prolongeant ces conduits d'admission. 3. -Dispositif d'obturation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce (1) est associée à au moins une partie du répartiteur d'air (20). 4. -Dispositif selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'obturation (11) comprennent un axe (12) parallèle à la direction de la culasse et traversant chaque conduit à obturer, l'axe portant, à l'endroit du passage à l'intérieur des conduits à obturer, un élément d'obturation (21) qui lui est solidaire et dont la rotation permet l'obturation progressive du conduit. 5. -Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens d'obturation (11) comprennent, dans chaque conduit à obturer, un axe (12) perpendiculaire à la direction de la culasse (30)'et traversant le conduit qui porte un élément d'obturation (21) lui étant solidaire et dont la rotation permet l'obturation progressive du conduit, ces axes (12) étant reliés hors du conduit, d'un même côté de celui-ci par un système d'entraînement à biellettes (16) commandées par une tige unique (17) parallèle à l'axe de la culasse (30). 6. -Dispositif selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments d'obturation (21) sont choisis parmi des volets montés sur l'axe qui traverse chaque conduit à obturer ou des boisseaux qui remplacent totalement l'axe à l'intérieur de ces conduits. 7. -Dispositif selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments d'obturation (21) sont réalisés en matière plastique. 8. -Dispositif selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'axe (12) portant les éléments d'obturation (21) est réalisé en matière plastique. 9. -Utilisation du dispositif selon une quelconque des revendications précédentes dans un moteur thermique à cylindres comprenant plus d'une soupape d'admission par cylindre. 10. -Utilisation du dispositif selon une quelconque des revendications précédentes dans un moteur thermique suralimenté.