Brevet FR2879673A1 — publié le 20060623

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale les moteurs à combustion interne. Elle concerne plus particulièrement un moteur à combustion interne comprenant un répartiteur et une culasse refermant des cylindres. Chaque cylindre est relié au répartiteur par au moins deux conduits d'admission d'air, à savoir un conduit swirl et un conduit de remplissage. Le moteur comprend aussi un système d'obturation d'au moins un des conduits d'admission d'air. Ce système d'obturation comporte deux volets adaptés à prendre différentes positions dans le conduit d'admission d'air pour faire varier sa section de passage d'air. Elle concerne également un véhicule automobile comprenant un tel moteur à combustion interne. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Le swirl généré par le conduit de swirl est un mouvement tourbillonnaire hélicoïdal des gaz d'admission dans le cylindre d'un moteur, mouvement tourbillonnaire dont l'axe de rotation est parallèle à l'axe du cylindre. Ce tourbillon homogénéise les gaz d'admission, constitués par le mélange de l'air et du carburant, dans le cylindre. La grandeur permettant de mesurer ce phénomène tourbillonnaire est le nombre de swirl défini comme le rapport entre la vitesse de rotation des gaz d'admission et le régime du moteur. En outre, la perméabilité caractérise la facilité avec laquelle les conduits laissent passer l'air. Il est important de noter que le nombre de swirl et la perméabilité varient à l'inverse l'un de l'autre. En effet, pour un régime moteur donné, une augmentation du nombre de swirl implique une diminution de la perméabilité et réciproquement. Sur les moteurs à combustion interne, le swirl est nécessaire au moment de la phase d'injection afin d'assurer un mélange correct entre carburant et comburant. Il faut donc adapter le nombre de swirl à l'appel de puissance, ou charge, requis par l'utilisateur. Pour les faibles charges, ou appels de puissance, le besoin en swirl est important pour homogénéiser le mélange de l'air et du carburant, tandis que le besoin en perméabilité est faible. Par contre aux charges élevées le niveau de perméabilité est important. Le mélange de l'air et du carburant se fait plus facilement et le niveau de swirl peut être abaissé. De nos jours, afin d'assurer l'homogénéisation du mélange entre l'air et le carburant, et une perméabilité suffisante, il est connu d'implanter un volet dans un des conduits d'admission d'air permettant d'augmenter le swirl en dégradant la perméabilité, ou, inversement, de dégrader le swirl en augmentant la perméabilité. Le volet est actionné par un moteur entre deux positions extrêmes ouverte et fermée. Le volet peut alors parcourir en continu un nombre infini de positions comprises entre les deux positions extrêmes, y compris ces dernières. Le niveau de swirl varie alors de façon continue entres les valeurs extrêmes des positions du volet correspondant aux positions ouverte (écoulement libre) ou fermée (conduit obstrué). En théorie, cette solution technique permet d'atteindre toutes les valeurs de nombre de swirl compris entre les valeurs extrêmes. Cependant, en pratique, la précision de positionnement du volet n'est pas très bonne et le niveau de swirl est très dépendant de la position prise par le volet. Cela rend le système d'obturation difficile à mettre au point et à reproduire en production. Enfin, il est rarement nécessaire d'avoir plus de trois niveaux de swirl différents. OBJET DE L'INVENTION Afin de remédier aux inconvénients précités de l'état de la technique, la présente invention propose un moteur à combustion interne avec un système d'obturation de conduit d'admission d'air permettant d'obtenir des niveaux stables de swirl en nombre fini. A cet effet, on propose, selon l'invention, un moteur à combustion interne tel que défini en introduction, dans lequel il est prévu que les volets soient agencés et actionnés de manière à prendre un nombre fini de positions stables prédéterminées. Ainsi, grâce à l'invention, on positionne de manière discrète les volets dans le conduit considéré et on peut aisément effectuer la mise au point du niveau de swirl dans les cylindres en fonction de l'obturation de ce conduit d'admission d'air. En outre, les configurations de positionnement des volets sont reproductibles, ce qui permet d'obtenir des niveaux de swirl déterminés et reproductibles également. Avantageusement, les volets sont adaptés à prendre deux positions stables prédéterminées. Une des positions stables de chaque volet est une position ouverte parallèle à la direction d'écoulement du fluide, et l'autre des positions stables est une position fermée, perpendiculaire à la direction d'écoulement du fluide. Selon un premier mode de réalisation du moteur à combustion interne conforme à l'invention, les deux volets sont montés pivotants sur le même axe de rotation, les surfaces des deux volets étant superposées et pleines. Selon ce mode de réalisation, les deux volets sont de surfaces égales ou différentes. En outre, lorsque les deux volets sont positionnés selon la direction d'écoulement du fluide, le volet de plus grande surface est compris entre la paroi du conduit d'admission et le volet de plus petite surface. Ainsi, on dispose avantageusement de trois configurations de positionnement de volets différentes, donc trois niveaux de swirl bien déterminés. Selon un deuxième mode de réalisation de ce moteur à combustion interne conforme à l'invention, les deux volets sont montés pivotants sur le même axe de rotation, les surfaces des deux volets étant superposées. Selon ce mode de réalisation les deux volets sont de surfaces égales ou différentes et l'un comporte une paroi pleine et l'autre comporte une paroi évidée. Dans ce cas, en position fermée des deux volets, le volet de surface pleine vient se superposer sur le volet dont la surface comporte un évidement pour l'obturer. En position ouverte des deux volets, le volet de surface pleine est compris entre la paroi du conduit et le volet dont la surface comporte un évidement. Ainsi, on dispose de trois niveaux de swirl bien déterminés. De plus l'évidement étant centré et de géométrie régulière, le flux de circulation d'air est plus homogène. Enfin, le coût de fabrication est réduit puisqu'il suffit de fabriquer des volets selon un unique jeu de dimensions, puis d'en évider certains. Selon un troisième mode de réalisation de ce moteur à combustion interne conforme à l'invention, les deux volets sont montés pivotants sur le même axe de rotation, les surfaces des deux volets n'étant pas superposées mais juxtaposées ou disposées côte à côte. Dans ce cas, les surfaces des deux volets sont pleines ou évidées. Suivant le nombre de niveaux de swirl souhaité on peut utiliser des volets de surfaces égales ou différentes. Selon un quatrième mode de réalisation de ce moteur à combustion interne conforme à l'invention, les deux volets sont montés pivotants sur des axes de rotation différents. Selon ce mode de réalisation les axes de rotation des volets sont parallèles et contenus dans un plan s'étendant suivant la section droite du conduit d'admission d'air. De même que précédemment, on peut utiliser des volets de surfaces égales ou différentes et les deux volets sont de surface pleine. Ainsi, selon le troisième mode ou le quatrième mode de réalisation, si les deux volets ont des surfaces égales, on dispose de quatre configurations de positionnement de volets, dont deux identiques, donc trois niveaux de swirl. Par contre, si les deux volets ont des surfaces différentes, on dispose de quatre configurations de positionnement de volets différentes, donc quatre niveaux de swirl prédéterminés. Suivant une variante de réalisation du quatrième mode de réalisation précité on peut prévoir que les deux volets ont le même jeu de dimensions mais, des deux volets, l'un comporte une surface pleine l'autre étant de surface évidée. Ainsi, de même que pour le deuxième mode de réalisation de l'invention, on dispose de trois niveaux de swirl bien déterminés avec un flux de circulation d'air plus homogène dans le conduit de remplissage et un coût de fabrication des volets réduit. En outre, selon l'invention il est prévu que: - le système d'obturation puisse être situé dans la partie amont du conduit d'admission d'air. - le système d'obturation est actionné par des moyens électriques ou pneumatiques à deux positions. L'invention concerne également un véhicule automobile qui comprend un moteur à combustion interne tel que défini ci-dessus. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés: la figure 1 est une vue de dessus du répartiteur d'un moteur à combustion interne selon l'invention, équipé de quatre paires de conduits d'admission d'air, un des deux conduits de chaque paire comprenant un système d'obturation par volets; - la figure 2 est une vue partielle plus détaillée de la figure 1, présentant un seul cylindre relié au répartiteur par ses conduits d'admission d'air, le conduit swirl et le conduit de remplissage; - la figure 3 est une vue de coté de la figure 2 laissant apparaître le système d'obturation par volets dans la partie amont du conduit de remplissage; - la figure 4 est une vue en perspective du conduit de remplissage de la figure 3 coupé longitudinalement et équipé d'un premier mode de réalisation du système d'obturation par volets; - la figure 4A est une vue de coté de la figure 4; la figure 5 est une vue en perspective du conduit de remplissage de la figure 3 coupé longitudinalement et équipé d'un deuxième mode de réalisation du système d'obturation par volets; - la figure 6 est une vue en perspective du conduit de remplissage de la figure 3 coupé longitudinalement et équipé d'un troisième mode de réalisation du système d'obturation par volets; la figure 6A est une vue de coté de la figure 6; la figure 7 est une vue en perspective du conduit de remplissage de la figure 3 coupé longitudinalement et équipé d'un quatrième mode de réalisation du système d'obturation par volets; la figure 7A est une vue de coté de la figure 7; la figure 8 est une vue en perspective du conduit de remplissage de la figure 3 coupé longitudinalement et équipé d'un cinquième mode de réalisation du système d'obturation par volets; - la figure 8A est une vue de coté de la figure 8. Préliminairement, on notera que d'une figure à l'autre, les éléments identiques ou similaires des différents modes de réalisation de l'invention seront, dans la mesure du possible, référencés par les mêmes signes de références et ne seront pas décrits à chaque fois. Dans la suite du texte, on entend par surface pleine ou évidée de volets la paroi pleine ou évidée de ces volets, et par surfaces égales ou différentes de ces volets leur projection dans la section droite du conduit d'admission d'air correspondant. Sur les figures 1 et 2, on a représenté, de manière schématique, une partie d'un moteur à combustion interne 9 comprenant un répartiteur 7 et une culasse 8 refermant ici quatre cylindres 6. Chaque cylindre 6 est relié au répartiteur 7 par deux conduits d'admission d'air 4,4A, à savoir un conduit swirl 4A et un conduit de remplissage 4. Le conduit swirl 4A génère le swirl, c'est à dire le tourbillon d'air à l'admission dans le cylindre 6. Le conduit de remplissage 4 permet le bon remplissage en air du cylindre 6. Le conduit swirl 4A générant le swirl permet d'homogénéiser le mélange de l'air et du carburant en provoquant la rotation de la masse gazeuse dans le cylindre 6 autour de l'axe vertical de ce dernier. En réduisant la section de passage du conduit de remplissage 4, le débit d'air devient plus important sur le conduit swirl 4A et le niveau de swirl augmente. Les différents niveaux de swirl sont ensuite exploités pendant la combustion en fonction du point de fonctionnement afin de limiter les émissions de polluant. En outre le moteur à combustion interne 9 représenté comprend un système d'obturation 5 disposé dans un des conduits d'admission d'air 4, 4A. Ici, comme le montre la figure 2, il est prévu un système d'obturation 5 en amont de chacun des conduits de remplissage 4, mais bien entendu on pourra prévoir que ce système d'obturation 5 soit placé dans chaque conduit swirl 4A. La figure 3 montre que le système d'obturation 5 placé dans chaque conduit de remplissage 4 comporte deux volets 2,3 adaptés à prendre différentes positions dans le conduit de remplissage 4 pour faire varier sa section de passage d'air. Avantageusement, selon l'invention, les volets 2,3 sont agencés et actionnés de manière à prendre un nombre fini de positions stables prédéterminées. Préférentiellement les volets 2,3 sont adaptés à prendre deux positions stables prédéterminées. Une desdites positions stables de chaque volet 2,3 est une position ouverte 10,12 parallèle à la direction d'écoulement du fluide, et l'autre desdites positions stables est une position fermée 11,13 perpendiculaire à la direction d'écoulement du fluide. De manière générale le système d'obturation 5 fonctionne quelque soit le sens A ou B d'écoulement du fluide (voir figures 4A, 6A, 7A, 8A). Les figures 4 et 4A montrent un premier mode de réalisation de l'invention selon lequel les deux volets 2,3 sont montés pivotants autour du même axe de rotation 1. Pour ce faire, les deux volets 2,3 sont montés physiquement sur des arbres coaxiaux qui pivotent indépendamment l'un de l'autre autour de l'axe de rotation 1. Les arbres pivotant sont actionnés par un actionneur électrique ou pneumatique à deux positions. Selon ce mode de réalisation, les surfaces des deux volets 2,3 sont pleines et superposées. La surface S2 du volet 3 est supérieure à la surface S1 du volet 2. Lorsque les deux volets 2,3 sont ouverts, positionnés parallèlement à la direction d'écoulement du fluide, le volet 3 de plus grande surface S2 est compris entre la paroi du conduit de remplissage 4 et le volet 2 de plus petite surface S1. Le système d'obturation 5 représenté sur les figures 4 et 4A, fonctionne de la manière suivante: Pour que le conduit de remplissage 4 soit en écoulement libre, l'actionneur électrique ou pneumatique fait pivoter les arbres des volets 2,3 pour positionner ceux-ci dans leur position ouverte 10,12 stable, parallèle à l'écoulement du fluide. Pour diminuer l'écoulement du fluide dans le conduit de remplissage 4, on obstrue une partie de la surface de la section droite dudit conduit de remplissage 4. L'actionneur fait pivoter l'arbre sur lequel est disposé le volet 2 pour le positionner selon sa position fermée 11, son autre position stable, perpendiculaire à l'écoulement du fluide dans le conduit de remplissage 4. Ainsi le volet 2 en position de fermeture 11 obture la surface S1 de la section droite du conduit 4. Pour diminuer encore l'écoulement du fluide dans le conduit de remplissage 4, on obture une plus grande partie de la surface de la section droite dudit conduit de remplissage 4. En procédant de même que pour la fermeture du volet 2, L'actionneur vient positionner le volet 3 selon sa position fermée 13 stable. Ainsi, le volet 3 de plus grande surface S2 se ferme en venant se superposer au volet 2 de moindre surface S1 déjà fermé, pour obturer la totalité ou une partie de la surface restante de la section droite dudit conduit 4. On remarque que le volet 2 de 'moindre surface S1 ne peut pas être en position ouverte 10 quand le volet 3 de plus grande surface S2 est fermé. Il faut d'abord actionner le volet 3 en position ouverte 12, puis le volet 2. Le conduit de remplissage 4 peut être: -En écoulement libre, avec le volet 2 en position ouverte 10 et le volet 3 en position ouverte 12. -En première position obturée, avec le volet 2 en position fermée 11 et le volet 3 en position ouverte 12. -En seconde position obturée, avec le volet 2 en position fermée 11 et le volet 3 en position fermée 13. On obtient ainsi, selon ce premier mode de réalisation, trois configurations de positionnement des volets 2,3 correspondant à trois niveaux de swirl. Sur la figure 5, on a représenté une variante de réalisation de l'invention selon laquelle les surfaces SI et S2 des deux volets 2,3 ne sont pas superposées mais juxtaposées ou alignées sur le même axe de rotation 1. Chaque volet 2,3 pivote indépendamment l'un de l'autre comme pour le mode de réalisation précédemment décrit. De plus, chaque volet 2,3 peut être positionné en position fermée ou ouverte indépendamment de la position de l'autre volet. En position fermée chaque volet 2,3 obture une partie de la section droite du conduit de remplissage 4. Ainsi, avec deux volets 2,3 de surfaces différentes S1 et S2, on dispose de quatre niveaux d'obturation dudit conduit de remplissage 4 correspondant à quatre niveaux de swirl. Les figure 7 et 7A montrent une autre variante de réalisation du premier mode de réalisation représenté sur les figures 4 et 4A. Selon cette variante les volets 2,3 sont superposés sur le même axe de rotation, mais la surface S2 du volet 3 est pleine tandis que la surface S1 de l'autre volet 2 comporte un évidement 2A de surface SO. Ici l'évidement 2A est circulaire mais il pourrait être d'une toute autre forme. En position fermée 11,13 des deux volets 2,3, le volet plein 3 vient se superposer sur le volet évidé 2 pour obturer l'évidement 2A de surface SO. En position ouverte 10,12 des deux volets 2,3, le volet plein 3 est compris entre la paroi du conduit de remplissage 4 et le volet évidé 2. On dispose ainsi de trois niveaux d'obturation du conduit de remplissage comme dans le premier mode de réalisation, et donc de trois niveaux de swirl. En outre, par rapport au premier mode de réalisation, le coût de fabrication des volets 2,3 est diminué et le flux d'air dans le conduit de remplissage 4 est plus homogène. Les figures 6 et 6A montrent un quatrième mode de réalisation de l'invention selon lequel les deux volets 2,3 sont montés pivotants sur des axes de rotation différents 1 A,1 B. Ces axes de rotation 1 A,1 B sont parallèles et sont contenus dans un plan s'étendant suivant la section droite du conduit de remplissage 4. Les surfaces S1 et S2 des volets 2,3 sont pleines et identiques. Les deux volets 2,3 sont montés sur des arbres parallèles indépendants, actionnés en rotation par un actionneur électrique ou pneumatique pour positionner lesdits volets 2,3 en position fermée 11,13 (perpendiculaire à l'écoulement du fluide dans le conduit de remplissage 4) ou ouverte 10, 12 (parallèle à l'écoulement du fluide dans le conduit de remplissage 4). Le système d'obturation 5 représenté sur les figures 6 et 6A fonctionne de la manière suivante: En position ouverte 10,12, chaque volet 2,3 s'étend contre la paroi interne du conduit admission d'air 4 de manière à laisser libre pratiquement toute la section de passage dudit conduit 4. Pour fermer cette section droite, on positionne le volet 2 en position de fermeture 11 de manière à obturer la surface S1 de la section droite du conduit, puis on positionne le volet 3 en position de fermeture 13 pour obturer la totalité ou une partie de la surface restante de la section droite dudit conduit. On obtient ici aussi trois niveaux de swirl. Les figures 8 et 8A montrent une variante de réalisation de l'invention présentée sur les figures 6 et 6A selon laquelle la surface du volet 3 est pleine tandis que la surface de l'autre volet 2 comporte un évidement 2A de surface S0. Ici encore l'évidement 2A est circulaire mais il pourrait être d'une toute autre forme. Cependant il est avantageux d'avoir un évidement 2A de contour régulier pour avoir un écoulement d'air homogène dans le conduit de remplissage 4. On dispose ici aussi de trois niveaux d'obturation donc de trois niveaux de swirl correspondant aux positions combinées fermée 11,13 et ouverte 10.12 des volets 2,3. Avantageusement, grâce à l'invention décrite ci-dessus, on obtient des niveaux d'obturation stables et prédéterminés de chacun des conduits de remplissage 4 ce qui permet d'obtenir des niveaux de swirl stables et prédéterminés. La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne (9) comprenant un répartiteur (7), une culasse (8) refermant des cylindres (6), chaque cylindre(6) étant relié audit répartiteur (7) par au moins deux conduits d'admission d'air (4,4A), à savoir un conduit swirl (4A) et un conduit de remplissage (4), et un système d'obturation (5) d'au moins un desdits conduits d'admission d'air comportant deux volets (2,3) adaptés à prendre différentes positions dans ledit conduit d'admission d'air ( 4,4A) pour faire varier sa section de passage d'air, caractérisé en ce que les volets (2,3) sont agencés et actionnés de manière à prendre un nombre fini de positions stables prédéterminées. 2. Moteur à combustion interne (9) selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits volets (2,3) sont adaptés à prendre deux positions stables prédéterminées (10,11,12,13). 3. Moteur à combustion interne (9) selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une desdites positions stables de chaque volet (2,3) est une position ouverte (10,12) parallèle à la direction d'écoulement du fluide, et l'autre desdites positions stables est une position fermée (11, 13) perpendiculaire à la direction d'écoulement du fluide. 4. Moteur à combustion interne (9) selon l'une des revendications 1 à 3, 20 caractérisé en ce que les deux volets (2,3) sont montés pivotants sur le même axe de rotation 1. 5. Moteur à combustion interne (9) selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux volets (2,3) sont de surfaces différentes. 6. Moteur à combustion interne (9) selon la revendication 4, caractérisé en 25 ce que les deux volets (2,3) sont de surfaces égales. 7. Moteur à combustion interne (9) selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les surfaces des deux volets (2,3) sont pleines. 8. Moteur à combustion interne (9) selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la surface d'un des volets (3) est pleine tandis que l'autre (2) comporte un évidement (2A). 9. Moteur à combustion interne (9) selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que les surfaces des deux volets (2,3) sont superposées. 10. Moteur à combustion interne (9) selon les revendications 7 et 9, caractérisé en ce que lorsque les deux volets (2,3) sont positionnés parallèlement à la direction d'écoulement du fluide, le volet (3) de plus grande surface est compris entre la paroi du conduit d'admission d'air (4, 4A) et le volet (2) de plus petite surface. 11. Moteur à combustion interne (9) selon les revendications 8 et 9, caractérisé en ce qu'en position fermée (11,13) des deux volets (2,3), le volet (3) de surface pleine vient se superposer sur le volet (2) dont la surface comporte un évidement (2A) pour l'obturer. 12. Moteur à combustion interne (9) selon l'une des revendications 8 et 9 ou 11, caractérisé en ce qu'en position ouverte (10, 12) des deux volets (2,3), le volet (3) de surface pleine est compris entre la paroi du conduit et le volet (2) dont la surface comporte un évidement. 13. Moteur à combustion interne (9) selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que les surfaces des deux volets (2,3) sont juxtaposées. 14. Moteur à combustion interne (9) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux volets (2,3) sont montés pivotants sur des axes de rotation différents (1A,1B). 15. Moteur à combustion interne (9) selon la revendication 14, caractérisé en ce que les axes (IA,1B) de rotation des volets (2,3) sont parallèles et contenus dans un plan s'étendant suivant la section droite du conduit d'admission d'air (4,4A). 16. Moteur à combustion interne (9) selon l'une des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce que les surfaces des deux volets (2,3) sont pleines. 17. Moteur à combustion interne (9) selon l'une des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce que la surface d'un des volets (2,3) est pleine tandis que l'autre comporte un évidement. 18. Moteur à combustion interne (9) selon l'une des revendications 16 ou 17, caractérisé en ce que les deux volets (2,3) ont des surfaces différentes. 19. Moteur à combustion interne (9) selon l'une des revendications 16 ou 17, caractérisé en ce que les deux volets (2,3) ont des surfaces égales. 20. Moteur à combustion interne (9) selon l'une des revendications 17 à 19, caractérisé en ce qu'en position fermée (11,13) pour les deux volets (2,3), le volet (3) de surface pleine vient se superposer sur le volet (2) dont la surface comporte un évidement (2A) pour l'obturer. 21. Moteur à combustion interne (9) selon l'une quelconque des revendications 1 à 20, caractérisé en ce que ledit système d'obturation (5) est situé dans la partie amont dudit conduit d'admission (4,4A). 22. Moteur à combustion interne (9) selon l'une quelconque des revendications 1 à 21, caractérisé en ce que le système d'obturation (5) est actionné par un actionneur électrique ou pneumatique à deux positions. 23. Véhicule automobile qui comprend une moteur à combustion interne (9) selon l'une quelconque des revendications 1 à 22.