Brevet FR2872856A1 — publié le 20060113

DISPOSITIF D'ADMISSION D'AIR D'UN MOTEUR SURALIMENTE La présente invention concerne un dispositif d'admission d'air pour un moteur de véhicule automobile. La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif d'admission d'air du type à acoustique variable, fonctionnant selon deux modes. Le document FR 2 818 319 décrit un circuit d'admission d'air d'un moteur suralimenté par un turbocompresseur. Le moteur est alimenté en air par un turbo compresseur qui est relié au moteur par un conduit d'admission débouchant dans un répartiteur d'air qui permet de répartir l'air entrant dans les chambres de combustion, ou cylindres, du moteur. Afin de favoriser l'entrée de l'air dans les cylindres du moteur, il est connu d'utiliser les phénomènes d'onde acoustique produits par l'air circulant dans le circuit d'admission. En effet, les mouvements alternatifs des pistons du moteur créent des fluctuations de pression dans le circuit d'admission. Ces fluctuations de pression sont à l'origine de phénomènes pulsatoires qui se manifestent par des surpressions et des dépressions le long du circuit d'admission. Le conduit d'admission et le répartiteur possèdent une fréquence de résonance propre. Lorsque le moteur fonctionne à un régime donné, dont la fréquence d'excitation du moteur correspond à la fréquence de résonance précitée, on obtient un remplissage optimum des cylindres du moteur. Ainsi, le document précité propose de munir le dispositif décrit cidessus, d'une portion intermédiaire, de volume variable, disposée en amont du répartiteur d'admission. Il est possible, en faisant varier la longueur de cette portion, d'obtenir un conduit d'admission et un répartiteur ayant ensemble une fréquence de résonance qui peut être ajustée à n'importe quelle fréquence d'excitation du moteur, que celui-ci fonctionne à bas ou à haut régime. Le dispositif précité est néanmoins difficile à mettre en oeuvre; en particulier, le coulissement de la portion intermédiaire pose des problèmes d'étanchéité. Or, si le circuit d'admission n'est pas étanche, le fonctionnement du moteur est altéré. Par ailleurs, la variation de longueur de cette portion est limitée du fait de l'utilisation du même volume de réflexion d'ondes, ce qui ne permet, en réalité, qu'une optimisation du remplissage sur les régimes moyen et maximum de fonctionnement du moteur. 2 2872856 Il est également connu de disposer, en amont du répartiteur, deux conduits d'admission, un court et un long, ayant chacun une fréquence de résonance. Selon le fonctionnement du moteur, l'air entre, soit par le circuit long, soit par le circuit court. Néanmoins, la variation de longueur cylindre -- volume de réflexion reste faible ce qui ne permet pas une optimisation satisfaisante du remplissage des cylindres quel que soit le régime de fonctionnement du moteur. De plus, ce type de dispositif pose rapidement des problèmes d'encombrement. Le but de la présente invention est de proposer un dispositif d'admission d'air d'un moteur suralimenté par un turbo compresseur, qui résout tout ou partie des inconvénients liés à l'utilisation des dispositifs de l'art antérieur précité. Ce but est atteint au moyen d'un dispositif d'admission d'air dans un moteur suralimenté, du type comprenant un moteur, qui comprend au moins un cylindre, un turbocompresseur qui comprend un compresseur, et un circuit d'alimentation en air du cylindre qui comporte un tuyau d'alimentation reliant le compresseur à un répartiteur d'admission qui comprend au moins un conduit d'admission permettant d'amener, l'air contenu dans le répartiteur d'admission, dans le cylindre du moteur. De manière caractéristique, le dispositif de l'invention comporte, en outre, un volume de réflexion disposé sur le tuyau d'alimentation, en amont du répartiteur, une branche de dérivation, qui relie sensiblement la sortie du volume de réflexion au cylindre et des moyens formant vanne, permettant de faire passer l'air circulant dans le tuyau d'alimentation, dans le répartiteur d'admission ou directement dans le cylindre à travers la branche de dérivation, sans stopper l'alimentation en air vers le cylindre, le répartiteur, le conduit d'admission et le cylindre étant dimensionnés pour avoir une fréquence de résonance correspondant à une fréquence d'excitation du moteur fonctionnant à un régime dit haut régime , le volume de réflexion et la branche de dérivation étant dimensionnés pour avoir une fréquence de résonance correspondant à une fréquence d'excitation du moteur fonctionnant à un régime dit bas régime . On définit, dans le cadre de la présente invention, un régime dit haut régime comme un régime compris entre 1/2 et 2/3 du régime maximum du moteur. De même un régime bas est un régime situé dans la plage allant de 1000 tours/min à 1/2 de la plage d'utilisation du moteur. 3 2872856 Ainsi, selon l'invention, les volumes de réflexion utilisés à haut et bas régime sont différents. En haut régime, on utilise principalement la réflexion d'onde sur le répartiteur qui constitue le plus gros volume du circuit haut régime, alors qu'en bas régime, on utilise la réflexion des ondes dans le volume de réflexion disposé en amont du répartiteur, ce dernier étant court-circuité. Contrairement à l'art antérieur dont la variation de volume de réflexion n'était obtenue que par l'intermédiaire de conduits de longueur variable ou plus simplement par la présence de deux longueurs de conduits, la présente invention permet, du fait de la présence d'un volume de réflexion en amont du répartiteur et du choix particulier de deux circuits, d'obtenir une variation de longueur cylindre -- volume de réflexion significative. Il en résulte une optimisation du remplissage du ou des cylindres du moteur en air frais provenant du compresseur à haut et à bas régime de fonctionnement du moteur. La branche de dérivation peut être totalement indépendante du tuyau d'alimentation et relier la sortie du volume de réflexion au cylindre. Selon des variantes de réalisation, elle peut se confondre partiellement avec le tuyau d'alimentation et/ou avec au moins une portion du conduit d'admission. Ainsi, selon une variante, la branche de dérivation se confond, en partie, avec au moins une portion du conduit d'admission. Selon une autre variante qui peut être combinée avec la variante précédente, la branche de dérivation se confond en partie, sur une longueur donnée, avec le tuyau d'alimentation, en amont du répartiteur d'admission. Le volume de réflexion n'est pas limité selon l'invention. Selon un mode de réalisation, on utilise un refroidisseur d'air de suralimentation comme volume de réflexion à bas régime. Le type de moteur utilisé n'est pas limitatif de l'invention. Il peut s'agir, par exemple, d'un moteur à quatre cylindres, alimentés en air chacun par un conduit d'admission. Les moyens formant vanne équipant le dispositif de l'invention peuvent 30 comprendre, par exemple, au moins une vanne papillon. Ils peuvent aussi comporter au moins un boisseau rotatif disposé sur le ou les conduits d'admission et/ou un dispositif de fermeture coulissant. Le dispositif de l'invention peut aussi comporter des moyens de commande des moyens formant vanne qui comprennent, par exemple, un 4 2872856 calculateur qui reçoit des informations, notamment, sur les conditions de fonctionnement du moteur. La présente invention concerne également un véhicule automobile (voiture, camion et autres) qui comporte le dispositif d'admission de l'invention. La présente invention, ses caractéristiques et les divers avantages qu'elle procure apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un exemple particulier de réalisation de la présente invention et qui fait référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente un schéma de principe du dispositif de l'invention; - la figure 2 représente une vue en coupe d'un détail d'un premier mode de réalisation des moyens formant vanne de l'invention - les figures 3a et 3b représentent une vue en coupe d'un détail d'un 15 second mode de réalisation des moyens formant vanne de la présente invention; _ - les figures 4a et 4b représentent une vue en coupe d'un détail d'un troisième mode de réalisation des moyens formant vanne de la présente invention; et - la figure 5 représente le taux de remplissage adimensionnel en fonction du régime du moteur qu'il est possible d'obtenir en mettant en oeuvre la présente invention. En référence à la figure 1, le dispositif de la présente invention comporte un turbocompresseur 1 qui comprend une turbine 11 et un compresseur 12, disposé en aval d'un catalyseur 13' sur le tuyau 13 de sortie des gaz de combustion du moteur. Le compresseur 12 est relié au moteur 2 par un tuyau d'alimentation 31. Ce tuyau d'alimentation 31 comporte une première portion 311 qui relie la sortie du compresseur 12 à l'entrée du refroidisseur d'air de suralimentation 4. Le refroidisseur 4 constitue un volume de réflexion propre. La sortie du refroidisseur 4 est reliée au répartiteur d'admission 5, par une seconde portion 312. Le plénum est relié aux cylindres 21 du moteur 2 (ici au nombre de quatre) par quatre conduits d'admission 32. Une branche de dérivation 7 relie la seconde portion 312, en amont du répartiteur 5, aux conduits d'admission 32. On définit ici par branche de dérivation 7 , l'ensemble formé par la partie de la portion 312 allant de la sortie du 2872856 refroidisseur 4 jusqu'à l'embranchement 73, la portion 74 allant de l'embranchement 73 jusqu'à chacun des conduits d'admission 32 et la portion 72 des conduits d'admission allant de l'intersection avec la portion 74 et débouchant dans les cylindres 21 au niveau des soupapes 21'. En d'autres termes, la branche de dérivation 7 permet de relier la sortie du refroidisseur 4 directement aux cylindres 21. Dans le cas présent, la branche de dérivation 7 se confond partiellement avec une partie de la seconde portion 312 du tuyau d'alimentation 31 et avec une portion 72 de chacun des conduits d'admission 32. Des moyens formant vanne (non représentés sur la figure 1) permettent d'obturer soit l'entrée 71 de la branche de dérivation 7, située en amont du répartiteur 5, soit l'entrée 313 de la partie 314 du tuyau d'alimentation 31, qui s'étend depuis l'embranchement 73 jusqu'au répartiteur 5. Selon un mode de réalisation non représenté, la branche de dérivation 7 se divise en quatre conduits d'admission, distincts des conduits d'admission 32, qui amènent l'air dans les cylindres 21. De même, selon une variante non représentée, qui peut être combinée avec le mode de réalisation représenté ou celui précité, la branche de dérivation 7 est indépendante sur toute sa longueur de la seconde portion 312 du tuyau d'alimentation 31. Dans ce cas, les moyens formant vanne sont disposés non plus à l'embranchement 73 mais, notamment, au niveau de la sortie du refroidisseur 4. En référence à la figure 1, le fonctionnement du dispositif de l'invention est tel que suit. L'air frais représenté par la flèche F entre dans le compresseur 12 et passe dans la première portion 311 du tuyau d'alimentation 31. L'air pénètre ensuite dans le refroidisseur 4 et en ressort par la seconde portion 312 du tuyau d'alimentation 31. Lorsque le moteur fonctionne à haut régime, les moyens formant vanne obturent l'entrée 71 de la branche de dérivation 7 et l'air passe dans la totalité de la seconde portion 312, entrant ainsi dans le plénum du répartiteur 5 (voir flèche, Fh). L'air est ensuite amené dans les cylindres 21 par les conduits d'admission 32. L'air entre en résonance dans un volume constitué par la seconde portion 312, le répartiteur 5, les conduits d'admission 32 et les cylindres 21. Ce volume possède une fréquence de résonance qui correspond à une fréquence d'excitation du moteur fonctionnant en haut régime. On utilise principalement la réflexion d'ondes dans le volume du répartiteur 5. On peut 6 2872856 ainsi obtenir, du fait des fluctuations de pression de l'air entrant et en optimisant les ouvertures des soupapes des cylindres, une surpression lors de l'ouverture et à la fermeture de la soupape d'admission de chaque cylindre 21. Lorsque le moteur fonctionne à bas régime, les moyens formant vanne bouchent l'entrée 313 de la partie 314 du tuyau d'alimentation 31 ainsi que la portion des conduits d'admission 32 située en amont de la portion 72. L'air ne passe donc plus dans le répartiteur 5 mais entre dans la portion 74 de la branche de dérivation 7 et pénètre dans les cylindres 21 par la portion 72 des conduits d'admission 32 (voir flèche Fb). Dans ce cas, l'air entre en vibration dans un volume constitué du refroidisseur 4 et de la branche de dérivation 7 (en totalité), y compris la portion 72 des conduits d'admission 32. On utilise dans ce cas, principalement la réflexion d'onde dans le volume de réflexion formé par le refroidisseur 4. Il est ainsi également possible, d'obtenir, en optimisant les ouvertures des soupapes des cylindres, une surpression au moment de l'ouverture et à la fermeture de la soupape, ce qui favorise le remplissage des cylindres par l'air frais. _ Le profil des ondes obtenues lorsque le moteur fonctionne à haut régime et à bas régime est différent mais dans les deux cas, en utilisant des volumes de réflexion différents, on parvient à obtenir une surpression à l'ouverture de la soupape, ce qui favorise l'entrée de l'air dans les cylindres. La figure 2 représente un détail d'un premier mode de réalisation des moyens formant vanne 8. Dans ce mode de réalisation, les moyens formant vanne comportent une pluralité de vannes papillon. Une première vanne papillon 81 est disposée au niveau de l'entrée 313. Quatre vannes papillons 82 sont disposées dans les conduits d'admission 32 de façon à obturer la section du conduit d'admission 32 située en amont de l'intersection avec la portion 74 de la branche de dérivation 7, c'est à dire en amont de la portion 72 du conduit d'admission 32. De même, sept vannes papillon 83 sont disposées dans la portion 74 de la branche de dérivation 7, de façon à obturer chacune des ouvertures 75 qui correspondent à l'intersection de la portion 74 avec un conduit d'admission 32. Il est ainsi possible en commandant la première vanne papillon 81 d'orienter l'air soit vers le répartiteur 5 soit vers la portion 74 de la branche de dérivation 7. Par ailleurs, lorsque l'air entrant passe dans la portion 74, les vannes papillons 83 sont orientées de façon à permettre le passage de l'air, les vannes 82 fermant les conduits d'admission 32 en amont afin d'éviter toute perte d'air vers le répartiteur 5. De même, lorsque l'air est envoyé dans le répartiteur 5, les vannes papillon 83 sont orientées parallèlement aux conduits d'admission 32, fermant ainsi les ouvertures 75; les vannes 82 s'orientent parallèlement aux conduits d'admission 32 afin de diriger l'air vers les cylindres 21. Les différentes vannes papillon sont commandées par des moyens de commande (électriques, hydraulique ou pneumatique) non représentés, par exemple, par un calculateur qui reçoit des informations sur les conditions de fonctionnement du moteur, notamment son régime. Les figures 3a et 3b représentent un détail d'un second mode de réalisation des moyens formant vanne. Dans ce mode de réalisation, les ouvertures 75 de la portion 74, au niveau des conduits d'admission 32, sont obturées ou ouvertes par un boisseau rotatif 9, qui comporte deux passages 91 et 92. Comme représenté sur la figure 3a, en haut régime, le boisseau 9 (visible en coupe transversale) ferme l'ouverture 75 et l'air passe du répartiteur vers le cylindre à travers le passage 91. En revanche, en bas régime, comme représenté sur la figure 3b, le boisseau rotatif 9 ferme le conduit d'admission 32, en amont de l'intersection avec la portion 74, et l'ouverture 75 amène l'air dans la portion 72 du conduit d'admission 32 vers les cylindres 21, à travers le second passage 92. Le boisseau rotatif 9 et l'ouverture 75 sont dimensionnés et disposés de façon à ce qu'il y ait toujours de l'air entrant vers le cylindre 21, en particulier lorsque le boisseau rotatif 9 change de position. L'ouverture 75 et la section du conduit d'admission 32 ne doivent jamais être simultanément totalement obturées. En référence aux figures 4a et 4b, les moyens formant peuvent, dans un troisième mode de réalisation, comprendre un dispositif de fermeture coulissant, du type guillotine 95. Ce dispositif coulissant 95 comporte un clapet 96 coulissant qui comporte une ouverture 97 qui permet de faire correspondre la portion 74 de la branche de dérivation 7 avec la portion 72 des conduits d'admission 32. Comme représenté sur la figure 4a, en haut régime, le clapet 96 est levé et l'air circule du répartiteur 5 vers les cylindres 21, à travers à la totalité de la longueur des conduits d'admission 32. En bas régime, en revanche, comme représenté sur la figure 4b, le clapet 96 est baissé de façon à faire coïncider l'ouverture 97 avec la section de la portion 74 de la branche de dérivation 7. L'air passe ainsi à travers les ouvertures 75, de la portion 74 de la 8 2872856 branche de dérivation 7, dans la portion 72 des conduits d'admission 32 et s'achemine vers les cylindres 21. Les moyens formant vanne sont commandés, en boucle ouverte, en fonction des conditions de fonctionnement du moteur, de son régime, notamment, de la position de la pédale d'accélération, de la pression et de la température régnant dans le moteur, par exemple, et en boucle fermée en fonction de l'information sur la position des vannes. Il est ainsi possible, comme représenté sur la figure 5, en utilisant les deux circuits d'admission précités, d'optimiser l'alimentation en air du moteur suralimenté. La figure 5 montre bien que le circuit de l'air utilisé pour les hauts régime (courbe A) permet d'obtenir un meilleur remplissage (remplissage adimensionnel ou taux de remplissage ramené à la pression standard) pour les régimes élevés. La courbe B montre également qu'à bas régime, on obtient un meilleur remplissage avec le circuit ne comprenant pas le répartiteur; le pic de remplissage à environ 1750 tours par minutes est obtenu lorsque la fréquence du volume constitué par le refroidisseur et la branche de dérivation correspond à la fréquence d'excitation du moteur fonctionnant à 1750 tours/minute. 9 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'admission d'air dans un moteur suralimenté du type comprenant un moteur (2) qui comprend au moins un cylindre (21), un turbocompresseur (1) qui comprend un compresseur (12), et un circuit d'alimentation en air dudit cylindre (21) qui comporte un tuyau d'alimentation (31) reliant ledit compresseur (12) à un répartiteur d'admission (5) qui comprend au moins un conduit d'admission (32) permettant d'amener, l'air contenu dans ledit répartiteur d'admission (5) dans ledit cylindre (21), caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un volume de réflexion (4) disposé sur ledit tuyau d'alimentation (31), en amont dudit répartiteur (5), une branche de dérivation (7), qui relie sensiblement la sortie dudit volume de réflexion (4) audit cylindre (21) et des moyens formant vanne (81, 82, 83), permettant de faire passer l'air circulant dans ledit tuyau d'alimentation (31), dans ledit répartiteur d'admission (5) ou directement dans ledit cylindre (21) à travers ladite branche de dérivation (7), sans stopper l'alimentation en air vers ledit cylindre (21), ledit répartiteur (5), ledit conduit d'admission (32) et ledit cylindre (21) étant dimensionnés pour avoir une fréquence de résonance correspondant à une fréquence d'excitation du moteur (2) fonctionnant à un régime dit haut régime , ledit volume de réflexion (4) et ladite branche de dérivation (7) étant dimensionnés pour avoir une fréquence de résonance correspondant à une fréquence d'excitation dudit moteur (2) fonctionnant à un régime dit bas régime . 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite branche de dérivation (7) se confond, en partie, avec au moins une portion (72) dudit 25 conduit d'admission (32). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite branche de dérivation (7) se confond, en partie, sur une longueur donnée, avec ledit tuyau d'alimentation (31), en amont dudit répartiteur d'admission (5). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qué ledit volume de réflexion fait partie d'un refroidisseur d'air de suralimentation (4). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit moteur (2) comporte quatre cylindres (21) alimentés en air chacun par un conduit d'admission (32). 2872856 lo 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens formant vanne comportent au moins une vanne papillon (81; 82; 83). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en 5 ce que lesdits moyens formant vanne comportent au moins un boisseau rotatif (9) disposé sur le ou lesdits conduits d'admission (32). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens formant vanne comportent un dispositif de fermeture coulissant (95). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de commande desdits moyens formant vanne qui comprennent un calculateur qui reçoit des informations sur les conditions de fonctionnement dudit moteur. 10. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif selon 15 l'une quelconque des revendications 1 à 9.