Brevet FR2836959A1 — publié le 20030912

Dispositif d'admission d'air dans un cylindre de moteur à combustion. La présente invention est relative à un dispositif d'admission d'air dans un cylindre de moteur à combustion, en particulier pour un moteur Diesel à injection directe. Dans les moteurs à combustion interne, qu'il s'agisse des moteurs à essence ou des moteurs Diesel à injection directe, il est nécessaire, pour assurer un mélange correct entre l'air et le carburant dans le cylindre, d'imprimer à l'air un mouvement de rotation dans la chambre de combustion. Ce mouvement de rotation autour d'un axe parallèle à l'axe du cylindre, est caractérisé par le rapport de la vitesse de rotation de l'air dans le cylindre à la vitesse de rotation du moteur. On appelle "rapport de tourbillonnement"ou plus généralement "swirl", le rapport entre la vitesse de rotation de l'air créée à l'admission et la vitesse de rotation du moteur. Dans un moteur Diesel à injection directe, un tel rapport de tourbillonnement ou swirl, nécessaire au moment de la phase d'injection, est particulièrement souhaité pour le fonctionnement du moteur à faible charge. On définit en outre la perméabilité dans un cylindre de moteur à combustion, en particulier de moteur Diesel, comme étant le rapport de la section effective de passage dégagée par la soupape d'admission à la section transversale du cylindre. La perméabilité dépend donc, non seulement de la différence de pression de part et d'autre de la soupape d'admission, mais également du débit d'air admis dans le cylindre. Généralement, une augmentation du swirl est associée à une chute importante de la perméabilité, en raison d'une diminution de la section de passage à l'admission. Lors du dimensionnement d'un moteur Diesel à injection directe, on cherche généralement à optimiser tout d'abord le fonctionnement du moteur à pleine charge. On peut également choisir une valeur de swirl qui représente un compromis sur l'ensemble de la plage de fonctionnement du moteur, avec un ou deux conduits d'admission. Cette valeur de swirl ne correspond cependant pas, dans ce cas, à la valeur optimale qui serait nécessaire pour les fortes charges, ni pour les charges faibles. La demande de brevet européen EP-A-0074202 décrit un dispositif de commande de swirl comprenant un manchon disposé à l'intérieur du conduit d'admission et soumis à un mouvement de translation axial pour le réglage du swirl. La demande de brevet européen EP-A-0258207 comme la demande de brevet allemand DE-A-199 42 169 décrivent l'utilisation d'une paroi de séparation fixe divisant le conduit d'admission en deux parties prédéfinies, un ou plusieurs clapets d'obturation étant en outre prévus à l'entrée d'au mois une des parties du conduit afin d'effectuer un certain réglage du swirl. Le débit d'air admis dépend uniquement de la position du clapet d'obturation. La demande de brevet japonais JP 10317978 comme la demande de brevet allemand DE A-197 55 689 décrivent des conduits d'admission munis d'éléments internes mobiles capables de faire varier la section de passage et donc le swirl. Dans aucun de ces dispositifs connus, il n'est possible d'obtenir une variation continue du swirl par des moyens de commande de structure simple. La présente invention a pour objet un dispositif d'admission d'air dans un cylindre de moteur à combustion qui ne présente pas les inconvénients des dispositifs connus, et qui permette en particulier d'ajuster la valeur du swirl en continu, autorisant ainsi l'obtention d'un compromis swirl/perméabilité optimisé pour tous les points de fonctionnement du moteur. L'invention a également pour objet un tel dispositif d'admission, qui permette d'obtenir de manière très simple une variation de swirl. L'invention a encore pour objet un dispositif d'admission grâce auquel il soit possible d'obtenir une variation continue quasi linéaire du compromis entre le swirl et la perméabilité. Le dispositif d'admission d'air dans un cylindre de moteur à combustion, selon l'invention, comprend un conduit d'admission reliant la culasse du moteur à la zone d'admission dans le cylindre, une paroi interne de séparation divisant le conduit en deux parties et un moyen d'obturation réglable de manière progressive monté dans l'une des parties du conduit divisé. La paroi interne de séparation est montée mobile radialement dans le conduit d'admission et le moyen d'obturation comprend une plaque d'obturation solidaire de la paroi interne de séparation, se déplaçant avec elle et capable d'obturer l'une des parties du conduit, définie par la paroi interne de séparation. De cette manière, une action sur la plaque d'obturation se traduit simultanément par un déplacement de la paroi interne de séparation qui modifie la section de passage de l'air dans le conduit. Le swirl nominal du conduit effectif, c'est-à-dire induit par la partie du conduit non obturée, se trouve augmenté automatiquement. Ce dispositif trouve son application en particulier sur un moteur Diesel à injection directe ou sur un moteur à essence. De préférence, le conduit présente des moyens définissant un écoulement hélicoïdal de l'air admis dans la zone d'admission. La paroi interne de séparation peut s'étendre avantageusement sur toute la longueur du conduit, depuis la culasse jusqu'à proximité de l'axe de la soupape d'admission correspondante ou au contraire être de dimensions inférieures selon l'effet que l'on cherche à obtenir. La paroi interne de séparation présente de préférence un profil épousant la surface intérieure du conduit de façon qu'en position effacée, l'air puisse s'écouler sur toute la section du conduit non divisé. La section du conduit est quelconque et peut être circulaire, polygonale, elliptique ou autre. De préférence, le dispositif comprend des moyens d'actionnement capables d'agir directement sur la paroi interne de séparation ou sur la plaque d'obturation qui lui est solidaire afin de régler le débit d'air admis par le conduit. La plaque d'obturation peut être disposée avantageusement dans un plan radial. Dans un mode réalisation avantageux, le conduit débouche sensiblement tangentiellement dans le cylindre. Un moteur à combustion selon l'invention, en particulier un moteur Diesel à injection directe ou un moteur à essence, comprend une pluralité de conduits d'admission reliant la culasse du moteur à la zone d'admission respective de chaque cylindre. Chaque conduit d'admission comprend un dispositif tel que décrit précédemment, des moyens d'actionnement étant capables d'agir simultanément sur l'ensemble des parois internes de séparation. L'invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation décrit à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les figures annexées, sur lesquelles : - la figure 1 est une vue en élévation en coupe schématique de la zone d'admission d'un cylindre de moteur Diesel à injection directe ; - la figure 2 illustre schématiquement, en coupe selon II-II de la figure 1, deux positions extrêmes de la plaque d'obturation et de la paroi de séparation ; - la figure 3 est une vue schématique de dessus en coupe selon III-III de la figure 1 montrant une position complètement dégagée de la plaque d'obturation ; et - la figure 4 est une vue analogue à la figure 3 montrant une position partiellement obturée du conduit. Tel qu'il est illustré sur la figure 1, le dispositif d'admission, adapté à un moteur Diesel à injection directe, comprend pour chaque cylindre, au moins un conduit d'admission 1 reliant la face supérieure 2 de la chambre de combustion à l'entrée de la culasse, non représentée sur la figure, par laquelle pénètre l'air selon la flèche 3. Le conduit 1 débouche dans un logement 4 appelé"chapelle", pouvant communiquer avec le cylindre lorsque la soupape d'admission 5, qui comporte une tige 5a, reliée à la tête de soupape 5b, est dégagée de son siège 6. La direction générale de sortie de l'air issu du conduit d'admission 1 est sensiblement tangentielle à la paroi externe de la chapelle 4. Grâce à cette disposition, on obtient un effet de rotation de l'air générant un swirl important dans la chapelle et dans le cylindre. Pour améliorer cet effet, la surface interne de la chapelle présente avantageusement des nervures ou stries en saillie et de forme hélicoïdale, non représentées sur la figure. A l'intérieur du conduit 1 est montée une paroi interne de séparation 7 qui s'étend sensiblement sur toute la longueur du conduit 1, c'est-à-dire depuis l'orifice d'entrée du conduit en liaison avec l'entrée de la culasse jusqu'à proximité immédiate de l'entrée de la chapelle 4. En variante, on pourrait imaginer une paroi de séparation plus courte, n'allant pas jusqu'à l'entrée de la chapelle 4. La paroi de séparation 7 épouse le profil elliptique du conduit 1, comme on peut le voir sur la vue en coupe de la figure 2. La paroi de séparation 7 est donc constituée par une portion cylindrique de base semi-elliptique. L'extrémité aval 7a de la paroi interne 7 située du côté amont par rapport à l'écoulement d'air représenté par la flèche 3, visible sur la figure 1, est située à proximité immédiate de la jonction entre le conduit d'admission 1 et la chapelle d'admission 4. Cette extrémité aval 7a se trouve disposée dans l'exemple illustré dans un plan radial du conduit d'admission 1. On pourrait imaginer que l'extrémité 7a présente au contraire un profil différent, en fonction de l'effet que l'on cherche à obtenir sur le mouvement de swirl dans la chapelle d'admission 4. On pourrait imaginer par exemple que l'extrémité 7a présente une avancée centrée sur son axe longitudinal ou disposée autrement, de façon à guider le flux d'air admis. L'extrémité opposée 7b, située du côté amont à l'entrée du conduit d'admission 1, est équipée d'une plaque d'obturation 8 disposée dans cet exemple, radialement par rapport au conduit 1 et solidaire de la paroi de séparation 7, par exemple par soudure ou tout autre moyen approprié. Comme on peut le voir en particulier sur la figure 2, la plaque d'obturation 8 s'étend à l'extérieur du conduit 1 selon les deux axes de symétrie de celui-ci. De manière plus précise, dans l'exemple illustré, la plaque d'obturation 8 comporte deux extrémités 8a, 8b disposées de chaque côté et un bord radial 8c. Le conduit d'admission 1 débouche sensiblement tangentiellement dans la chapelle d'admission 4, comme on peut le voir sur les figures 3 et 4. L'ensemble formé par la paroi interne de séparation 7 et la plaque d'obturation 8 peut être déplacé en translation radialement par rapport au conduit d'admission 1. Sur les figures 1,2 et 3, se trouve représentée la position de la paroi de séparation 7 et de la plaque d'obturation 8, dans laquelle la paroi de séparation 7 est complètement effacée à l'intérieur du conduit d'admission 1 et épouse la surface interne de celui-ci. Cette position est illustrée en trait plein sur la figure 2. Dans cette position, la totalité de la section interne du conduit d'admission 1 est libérée pour le passage de l'air d'admission selon la flèche 3 visible sur les figures 1 et 3. La plaque d'obturation 8 est située entièrement à l'extérieur du conduit d'admission 1, et en partie dans une fente pratiquée dans la paroi de celui-ci. Dans l'autre position extrême, illustrée sur la figure 4, et représentée en pointillés sur la figure 2, la paroi interne de séparation 7, solidaire de la plaque d'obturation 8, a au contraire été placée dans une position qui définit une section de passage réduite pour le conduit d'admission 1. Cette section de passage est référencée la sur la figure 4 et elle représente approximativement la moitié de la section maximale de passage du conduit d'admission 1. Dans cette position, le conduit d'admission 1 se trouve divisé en deux parties, référencées respectivement la et lb, comme on peut le voir sur la figure 4. La partie 1 b du conduit d'admission 1 est totalement obturée par la plaque d'obturation 8 qui s'est déplacée dans le même mouvement que la paroi de séparation 7 sous l'action d'un moyen de commande qui n'est pas illustré sur les figures, mais qui peut comporter tout dispositif de poussée radiale approprié que l'homme du métier peut facilement imaginer. Dans la position illustrée sur la figure 4, on comprend que l'air admis selon la flèche 3a présente un débit nettement réduit compte tenu de l'obturation de la partie Ib du conduit d'admission 1. Toutes les positions intermédiaires entre les deux positions extrêmes illustrées respectivement sur les figures 3 et 4 peuvent être adoptées, permettant ainsi un réglage en continu du swirl désiré dans la chapelle d'admission 4. L'association de la plaque d'obturation 8 et de la paroi interne de séparation 7 permet de simplifier considérablement la commande du mouvement de swirl et d'obtenir une valeur de swirl variable en continu. On obtient ainsi une répartition du débit d'air admis sur la soupape avec l'établissement d'un mouvement de swirl exactement souhaité en chaque point du fonctionnement du moteur. La paroi interne de séparation mobile joue également un rôle de déflecteur, l'ensemble augmentant le swirl nominal du conduit d'admission d'une manière réglable en continu. On comprendra en outre que la longueur de la paroi interne 7 comme sa largeur puissent être déterminées en fonction du résultat que l'on cherche à obtenir pour chaque cas particulier. L'invention permet ainsi une variation continue et quasi linéaire du compromis entre le swirl et la perméabilité, en fonction de la position de l'ensemble constitué par la paroi interne de séparation et la plaque d'obturation. La description a été faite en référence à un seul conduit d'admission. On comprendra qu'un dispositif analogue puisse également être monté dans un deuxième conduit d'admission pour le même cylindre. Chaque cylindre du moteur à combustion est de préférence équipé d'un même dispositif. Chacun de ces dispositifs est alors commandé par un seul moyen de commande qui entraîne le déplacement simultané de l'ensemble des parois de séparation, chacune associée à une plaque d'obturation. Bien que l'invention ait été illustrée par un exemple d'utilisation dans un moteur Diesel à injection directe, on comprendra que l'invention puisse également être utilisée dans un moteur à essence et, d'une manière plus générale, chaque fois qu'il est souhaitable de créer un swirl variable en continu sans pour autant sacrifier la perméabilité. REVENDICATIONS 1-Dispositif d'admission d'air dans un cylindre de moteur à combustion, du type comprenant un conduit d'admission (1) reliant la culasse du moteur à la zone d'admission dans le cylindre, une paroi interne de séparation divisant le conduit en deux parties et un moyen d'obturation réglable de manière progressive monté dans l'une des parties du conduit divisé, caractérisé par le fait que la paroi interne de séparation (7) est montée mobile radialement dans le conduit d'admission (1) et que le moyen d'obturation comprend une plaque d'obturation (8) solidaire de la paroi interne de séparation, se déplaçant avec elle et capable d'obturer l'une des parties (lob) du conduit définie par la paroi interne de séparation. 2-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le conduit présente des moyens définissant un écoulement hélicoïdal. 3-Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la paroi interne de séparation (7) s'étend sur toute la longueur du conduit, depuis la culasse jusqu'à proximité de l'axe (Sa) de la soupape d'admission (5) correspondante. 4-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la paroi interne de séparation (7) présente un profil épousant la surface intérieure du conduit (1) de façon qu'en position effacée, l'air puisse s'écouler sur toute la section du conduit non divisé. 5-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la plaque d'obturation est disposée radialement. 6-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens d'actionnement capables d'agir sur la paroi interne de séparation et la plaque radiale d'obturation qui lui est solidaire afin de régler le débit d'air admis par le conduit. 7-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le conduit (1) débouche sensiblement tangentiellement dans le cylindre. 8-Moteur à combustion, en particulier moteur Diesel à injection directe ou moteur à essence, du type comprenant une pluralité de conduits d'admission reliant la culasse du moteur à la zone d'admission respective de chaque cylindre, caractérisé par le fait que chaque conduit d'admission comprend un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, des moyens d'actionnement étant capables d'agir simultanément sur l'ensemble des parois interne de séparation.