Brevet FR2888285A1 — publié le 20070112

Système d'admission pour moteurs à injection directe avec dispositif de qénération de tourbillons continûment variable La présente invention se rapporte au domaine des systèmes de génération de tourbillons dit swirl , remplissage de moteur et diminution des gaz brûlés résiduels des moteurs à injection diesel ou à allumage commandé, et plus particulièrement à système d'admission comportant un dispositif de génération de swirl continûment variable et de diminution des gaz brûlés résiduels, sur les moteurs multi soupapes. Dans le cas des moteurs diesel (et éventuellement essence) à lo injection, le mélange de l'air et du carburant est réalisé avec l'aide d'un mouvement de rotation de l'air engendré lors de l'admission et amplifié dans le bol du piston au cours de la compression. Le rapport entre la vitesse de rotation de l'air créée à l'admission et la vitesse de rotation de l'arbre du moteur est appelé swirl , on appelle nombre de swirl la valeur numérique qui caractérise l'intensité du mouvement. Le positionnement aussi central et vertical que possible, de l'injecteur, est une des contraintes majeures à prendre en compte lors du dessin d'un culasse de moteur diesel (et éventuellement essence) à injection directe pour atteindre le cahier des charges aérodynamique (compromis perméabilité/ swirl ). Le swirl est créé lors de l'admission par deux effets agissant simultanément: - l'orientation des vecteurs vitesse autour de la soupape d'admission: une composante tangentielle peut être créée grâce à une forme hélicoïdale du conduit d'admission dans la culasse, - la répartition dans la chambre du cylindre des vitesses à la sortie de la soupape d'admission: le swirl ainsi crée dépend donc directement de l'excentration de la pipe d'admission par rapport à l'axe du cylindre. Dans une culasse à deux soupapes par cylindre, le conduit d'admission peut être droit, tangentiel ou hélicoïdal (en fonction des vecteurs vitesse à l'entrée dans la chambre de combustion). Dans une culasse à au moins deux soupapes d'admission, une combinaison de ces types de conduits peut être utilisée pour créer un mouvement de swirl . Il est déjà connu dans l'art antérieur différents systèmes avec pour objectif un swirl continûment variable. Le document DE 199 42 169, tout comme le brevet JP 61 175 233, propose pour cela l'utilisation d'une paroi de séparation verticale dans le io conduit, couplées à un élément mobile permettant une variation du débit de part et d'autre de la paroi ou respectivement de la position de la paroi. L'invention du brevet US 6 216 666 porte sur un obturateur rotatif entre deux conduits jumelés non droits, permettant de fermer ou ouvrir entièrement ou partiellement un de deux conduits. is Un inconvénient de ces dispositifs est que le fait d'introduire l'air avec un mouvement rotationnel implique que le débit d'air est plus faible si l'on considère un écoulement sans génération d'aérodynamique structurée du type swirl . La perméabilité qui dépend directement du débit d'air admis est donc dégradée lorsqu'on cherche à générer une aérodynamique structurée du type swirl ou tumble. Les conduits dits droits privilégient donc le remplissage en air du cylindre nécessaire pour des points de fonctionnement du moteur avec un fort débit. Les brevets US 6 006 721 et DE 197 55 689 proposent donc des systèmes d'amélioration des swirls , pour un conduit droit, avec seulement une vanne orientable dans le sens de la longueur. Mais les solutions décrites ci-dessus pour créer le mouvement de swirl , diminuent fortement la perméabilité de la culasse et donc le remplissage en air frais et les performances du moteur. Le brevet GB 2 338 266 propose une solution, pour des conduits jumelés droits, avec un système de valves permettant d'obstruer partiellement l'un ou l'autre des conduits. Ce système est constitué d'une valve courbée qui va permettre d'améliorer le swirl dans l'un des deux conduits, en l'obstruant partiellement, et d'une valve de non-retour située en amont du deuxième conduit. Ces valves sont situées sur un axe de rotation avant la séparation du conduit principal en deux conduits, suffisamment loin pour que lorsque la valve de non retour est dans l'axe longitudinal des tubes, ils ne soient pas totalement séparés. Il y a toujours possibilité pour le flux de passer d'un conduit à l'autre. Ce système ne permet donc pas de générer convenablement un swirl continûment variable, et de diminuer les gaz brûlés résiduels. La présente invention a donc pour objet de supprimer un ou plusieurs io des inconvénients de l'art antérieur et propose un moyen de générer un mouvement de swirl continûment variable tout en conservant deux conduits d'admission droits, qui assurent ainsi une perméabilité maximale de l'admission. De ce fait cela permet un remplissage en air frais maximum et donc des performances optimales. Ce but est atteint en définissant un système d'admission pour moteur à injection directe, constitué d'un conduit principal de forme ovale se divisant en deux conduits secondaires de façon à former des conduits jumelés droits comportant des moyens de contrôle pour obtenir un swirl continûment variable constitués de deux pièces amovibles, la première pièce est un plaque séparatrice, séparant longitudinalement le conduit principal en deux zones, articulée à l'intersection des deux conduits secondaires par une extrémité, l'autre étant libre, la deuxième pièce est un plaque obturatrice, actionnée perpendiculairement au conduit principal et disposée dans le conduit principal à l'extrémité libre de la plaque séparatrice. Selon une autre caractéristique de l'invention la plaque séparatrice est articulée à l'intersection des deux conduits secondaires par une rotule lui permettant de pivoter selon un axe perpendiculaire à celui de la plaque obturatrice. Selon une autre caractéristique de l'invention la largeur de la plaque 3o séparatrice est adaptée à la forme du conduit principal. Selon une autre caractéristique de l'invention la longueur de la plaque séparatrice est inférieure à celle du conduit principal. Selon une autre caractéristique de l'invention la plaque obturatrice à la forme d'un demi-conduit principal avec un coté arrondi en arc de cercle et un coté rectiligne, sa taille étant adaptée à la taille du conduit principal. Selon une autre caractéristique de l'invention la plaque obturatrice peut être positionnée à l'extrémité de la plaque séparatrice par son coté rectiligne. Selon une autre caractéristique de l'invention le positionnement de la plaque obturatrice à l'extrémité de la plaque séparatrice se fait par des moyens de type mécanique par appui de la plaque séparatrice sur une petite io ailette disposée à l'extrémité de la plaque obturatrice. Selon une autre caractéristique de l'invention la plaque obturatrice (40) et la plaque séparatrice (30) peuvent être actionnées indépendamment. Selon une autre caractéristique de l'invention le bout des plaques est légèrement profilé. Selon une autre caractéristique de l'invention la plaque obturatrice est actionnée par un piston relié à son coté arrondi. Selon une autre caractéristique de l'invention le piston est disposé à l'extérieur du conduit principal. Selon une autre caractéristique de l'invention le conduit principal comporte une ouverture dont la taille est adaptée à celle de la plaque obturatrice. L'invention, avec ses caractéristiques et avantages, ressortira plus clairement à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs dans lesquels: -la figure 1 est vue de face de conduits jumelés de type droit; la figure 2 est vue du système selon l'invention composé de deux pièces; - la figure 3 est une vue de face du système selon l'invention en obturation à 50% ; - la figure 4 est une vue du système selon l'invention en position pleine charge; La figure 5 est une vue du système selon l'invention en position alternative, swirl fort; La figure 6 est une vue du système selon l'invention en position alternative, swirl modéré ; La figure 7 est une vue du système selon l'invention en position swirl maximum; La figure 8 est une vue du système selon l'invention en position alternative, swirl faible. La figure 9 est une vue en coupe de deux positions différentes de la plaque obturatrice dans le conduit principal. La figure 10 représente la variation du swirl en fonction de la perméabilité et du type de plaque utilisée. L'invention va à présent être décrite en référence aux figures 1 à 9. La figure 1 illustre un système d'admission (1) avec deux conduits (11) jumelés de type droit. Ce système est donc constitué d'un conduit principal (10) de forme ovale qui se divise en deux conduits secondaires (Il). Sur la figure 2 est présenté le système de génération de swirl composé de deux pièces. Ces deux pièces sont toutes les deux mobiles. La première pièce est une plaque séparatrice (30) verticale. Elle est disposée à l'intérieur du conduit principal (10) longitudinalement par rapport au conduit. Cette plaque a une forme rectangulaire. Sa largeur est adaptée à la forme du conduit principal (10) afin de permettre la séparation totale du conduit en deux zones, et sa longueur est inférieure à celle du conduit principal (10). La plaque (30) est articulée au niveau de l'intersection (12) des deux conduits secondaires (11) par une rotule (31). Ce système d'attache (31) permet à la plaque (30) de pouvoir pivoter à l'intérieur du conduit principal (10), comme on peut l'observer sur les figures 5, 6 et 8, de façon à obtenir des swirl plus ou moins importants. La plaque séparatrice tourne autour d'un axe perpendiculaire à celui de la plaque obturatrice (40). Cette plaque séparatrice peut ainsi pivoter pour permettre de régler le niveau de swirl souhaité comme illustré sur la figure 9. La deuxième pièce est une plaque obturatrice (40) qui est disposée perpendiculairement, par rapport à la première plaque séparatrice (30), dans le conduit principal (10) au niveau de l'extrémité (32) libre de la plaque séparatrice (30). Comme illustré sur la figure 3 cette plaque (40) permet d'obturer le conduit principal (10) jusqu'à 50%. Pour cela elle a la forme d'une moitié de cylindre principal (10). C'est-à-dire qu'elle forme un demi- rond ou demi-ovale suivant le conduit principal. Cette plaque obturatrice (40) est actionnée par un piston (41) qui va donc lui permettre d'être plus ou moins insérée dans le conduit principal (10). Le piston (41) est disposé sur le coté (401) de la plaque présentant l'arrondi. Le conduit principal (10) dispose donc d'une ouverture (50) dont la taille est adaptée à celle de la plaque obturatrice (40) pour permettre à celle-ci de coulisser. Suivant le swirl recherché cette plaque obturatrice (40) est accrochée par le coté rectiligne (402) du demi-rond ou demi-ovale, à l'extrémité (32) libre de la plaque séparatrice (30). L'accrochage étant réalisé par des moyens mécaniques par appui de la plaque séparatrice sur une petite ailette (42) disposée à l'extrémité de la plaque obturatrice. Le bout des plaques est légèrement profilé pour leur permettre de bien s'appuyer l'une sur l'autre et avoir un profil le plus aérodynamique possible pour minimiser l'impact sur l'écoulement à l'intérieur du conduit, surtout en pleine charge. L'étanchéité parfaite entre les deux plaques n'est pas une nécessité. Les deux plaques sont en contact au niveau d'une petite ailette (42) disposée à l'extrémité de la plaque obturatrice (40) et sur laquelle vient reposée l'extrémité de la plaque séparatrice (30). Les mouvements des deux plaques peuvent être indépendants. L'actionneur de type piston qui gouverne le mouvement de plaque obturatrice et l'actionneur qui fait pivoter la plaque séparatrice sont commandés indépendamment. Les figures 4 à 8 illustrent les différentes configurations possibles avec les deux plaques assurant plusieurs niveaux de swirl et de perméabilité. Pour des points de fonctionnement à pleine charge nécessitant un remplissage en air maximal, le piston (41) régresse à sa position initiale et la plaque séparatrice (30) est articulée pour se placer au centre du conduit suivant la fibre neutre du conduit, occasionnant une faible perte de charge dans l'axe de l'écoulement. Pour des point de fonctionnement à faible charge avec un débit d'air réduit par rapport à la pleine charge la plaque obturatrice (40) est en position d'obturation complète d'un des conduits(11), c'est-à-dire 50% du conduit principal (10), donc la valeur du swirl est maximal. Pour des points de fonctionnement dans lesquels les niveaux de swirl optimaux varient suivant la charge, ce système permet de faire varier l'obturation de façon continue. Pour des niveaux de swirl plus faible (points de fonctionnement à forte charge) la plaque séparatrice (30) peut être désolidarisée de la plaque obturatrice (40) et tournée en solitaire. Des essais ont montré l'intérêt de l'utilisation de ce système car on peut générer des niveaux de swirl dans une plage assez large. En partant du conduit initial et avec un remplissage maximal assuré par des conduits droits, on peut arriver à des niveaux de swirl importants (de l'ordre de 2,5 dans notre application) et avec l'avantage d'avoir une évolution linéaire dans le compromis swirl -perméabilité (figure 10). Il doit être évident pour l'homme du métier que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de l'invention comme revendiquée. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, mais peuvent être modifiés dans le domaine défini par la portée des revendications jointes, et l'invention ne doit pas être limitée aux détails donnés ci-dessus. s REVENDICATIONS 1. Système d'admission (1) pour moteur à injection directe, constitué d'un conduit principal (10) de forme ovale se divisant en deux conduits secondaires (Il) de façon a former des conduits jumelé droits comportant des moyens de contrôle pour obtenir un swirl continûment variable caractérisé en ce que les moyens de contrôle pour obtenir un swirl continûment variable sont constitués de deux pièces amovibles, la première pièce est une plaque séparatrice (30), séparant longitudinalement le conduit principal (10) en deux zones, articulée à l'intersection (12) des deux conduits secondaires (11) par une extrémité, l'autre étant libre, la deuxième pièce est un plaque obturatrice (40), actionnée perpendiculairement au conduit principal (10) et disposée dans le conduit principal (10) à l'extrémité (32) libre de la plaque séparatrice. 2. Système d'admission (1) pour moteur à injection directe selon la revendication 1 caractérisé en ce que la plaque séparatrice (30) est articulée à l'intersection (12) des deux conduits secondaires (11) par une rotule (31) lui permettant de pivoter selon un axe perpendiculaire à celui de la plaque obturatrice (40). 3. Système d'admission (1) pour moteur à injection directe selon la revendication 1 caractérisé en ce que la largeur de la plaque séparatrice (30) est adaptée à la forme du conduit principal (10). 4. . Système d'admission (1) pour moteur à injection directe selon la revendication 1 caractérisé en ce que la longueur de la plaque séparatrice 25 (30) est inférieure à celle du conduit principal (10). 5. Système d'admission (1) pour moteur à injection directe selon la revendication 1 caractérisé en ce que la plaque obturatrice (40) a la forme d'un demi-conduit principal avec un coté arrondi en arc de cercle (401) et un coté rectiligne (402), sa taille étant adaptée à la taille du conduit principal (10). 6. Système d'admission (1) pour moteur à injection directe selon la revendication 1 caractérisé en ce que la plaque obturatrice (40) peut être positionnée à l'extrémité (32) de la plaque séparatrice par son coté rectiligne (402). 7. Système d'admission (1) pour moteur à injection directe selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'accrochage de la plaque obturatrice (40) à la plaque séparatrice (30) se fait par des moyens de type mécanique par appui de la plaque séparatrice (30) sur une petite ailette (42) disposée à l'extrémité de la plaque obturatrice (40). io 8. Système d'admission (1) pour moteur à injection directe selon la revendication 6 caractérisé en ce que la plaque obturatrice (40) et la plaque séparatrice (30) peuvent être actionnées indépendamment 9. Système d'admission (1) pour moteur à injection directe selon la revendication 1 caractérisé en ce que le bout des plaques obturatrice (40) et is séparatrice (30) est légèrement profilé. 10.Système d'admission (1) pour moteur à injection directe selon la revendication 1 caractérisé en ce que la plaque obturatrice (40) est actionnée par un piston (41) relié à son coté arrondi. 11.Système d'admission (1) pour moteur à injection directe selon la 20 revendication 10 caractérisé en ce que le piston (41) est disposé à l'extérieur du conduit principal (10). 12.Système d'admission (1) pour moteur à injection directe selon la revendication 1 caractérisé en ce que le conduit principal (10) comporte une ouverture (50) dont la taille est adaptée à celle de la plaque obturatrice (40).