Brevet FR2905141A1 — publié le 20080229

"Système d'admission de gaz dans un moteur à combustion interne, notamment du type Diesel". L'invention concerne un système d'admission de gaz, tel que l'air, dans un moteur à combustion interne, notamment Diesel, comprenant une pluralité de cylindres, une culasse et un répartiteur de gaz à la culasse ainsi qu'un véhicule équipé d'un tel système. Il est connu que la sévérité des normes de dépollution rende nécessaire une maîtrise de plus en plus poussée du processus de combustion dans les moteurs Diesel. Il s'avère que le déroulement de la combustion et les émissions polluantes qui en résultent dépendent fortement du niveau de turbulence des gaz dans la chambre de combustion des cylindres, c'est-à-dire des mouvements tourbillonnaires dits de "swirl". Or, il est courant d'avoir des disparités de swirl d'un cylindre à l'autre d'un moteur en raison de l'architecture du répartiteur d'air. Ces disparités occasionnent un déroulement de combustion différent et une augmentation des émissions polluantes. L'invention a pour but de pallier cet inconvénient. Pour atteindre ce but, le système d'admission de gaz selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de réduction des dispersions du mouvement tourbillonnaire du gaz d'un cylindre à l'autre. Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif de réduction des dispersions des mouvements tourbillonnaires comprend une grille de stabilisation de l'écoulement des gaz, associée au répartiteur de gaz. Selon une caractéristique de l'invention, le système est caractérisé en ce que la grille de stabilisation est disposée dans un conduit d'amenée de gaz à la culasse, des répartiteurs. Selon une autre caractéristique de l'invention, le système est caractérisé en ce que la grille de 2905141 2 stabilisation est disposée en entrée de la culasse d'un conduit de répartition du répartiteur. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le système est caractérisé en ce qu'une 5 grille de stabilisation comporte au moins une lame, avantageusement plusieurs lames. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le système est caractérisé en ce que les lames sont positionnées selon une seule orientation ou 10 selon deux orientations perpendiculaires. Selon encore une autre caractéristique de l'invention,chaque conduit d'amenée comporte une grille. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le système est caractérisé en ce que la 15 grille de stabilisation comporte un papillon de swirl dont la position est variable. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description 20 explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un système 25 d'admission de gaz dans un moteur à combustion interne d'un véhicule auto-mobile, selon l'état de la technique; - la figure 2 est une vue schématique d'un système d'admission selon l'invention, équipé d'un dispositif de réduction des disparités des mouvements tourbillonnaires 30 d'un cylindre à l'autre; - les figures 3 et 4 sont des vues en perspective, illustrant deux versions de réalisation d'un répartiteur équipé d'un dispositif de réduction des disparités des mouvements tourbillonnaires selon l'invention; 35 - la figure 5 est un graphique illustrant le coefficient de débit Cf en fonction du nombre des swirl Ns, en A pour un système ne comportant qu'une culasse 2905141 3 seule, en B pour un système pourvu d'une culasse et d'un répartiteur, sans dispositif de réduction des disparités et en C un système pourvu d'une culasse et d'un répartiteur équipé d'un dispositif de réduction des 5 disparités selon l'invention, et - la figure 6 est un graphique illustrant l'émission des particules Ep en fonction du niveau des swirl Ns. La figure 1 illustre schématiquement un système 10 d'admission de gaz, tel que de l'air, dans un moteur à combustion interne à quatre cylindres, notamment de type Diesel, qui comprend essentiellement un répartiteur 1 de gaz, amené par un conduit d'entrée 2 à une culasse 3. Le répartiteur 1 comprend quatre conduits 4 d'amenée des gaz 15 à la culasse 3. Les quatre cylindres sont représentés par leurs chambres de combustion 6. Les flèches symbolisent l'écoulement de gaz, dans le conduit d'entrée 2 du répartiteur, dans les conduits 4 d'amenée de gaz à la culasse et les mouvements tourbillonnaires, dits swirl, 20 dans les chambres de combustion 6 de cyclindre. Le système selon la figure 1 est conforme à l'état de la technique et présente l'inconvénient que les nombres des swirl est différent d'un cylindre à l'autre, le nombre de swirl correspond à l'épaisseur des flèches 25 F3. La figure 2 illustre un système du type représenté à la figure 1, mais qui comporte, conformément à l'invention, un dispositif de réduction des dispersions des nombres de swirl d'un cylindre à l'autre. Ce 30 dispositif de stabilisation, indiqué par la référence générale 8 comporte des grilles stabilisatrices 9 intégrées au répartiteur 1, avant l'entrée dans la culasse ou juste en entrée de cette dernière. Dans l'exemple représenté à la figure 2, chaque conduit de 35 répartiteur 4 est pourvu d'une telle grille stabilisatrice 9. 2905141 4 Les figures 3 et 4 montrent deux modes de réalisation d'une grille 9. Dans le cas de la figure 3, la grille consiste en une ou, comme dans le cas représenté, plusieurs lames 10 positionnées dans un 5 conduit d'admission 4. Ces lames sont positionnées selon une seule orientation, mais pourraient aussi s'étendre selon deux orientations perpendiculaires. La figure 4 montre le conduit d'amenée 4 pourvu, à titre de grille stabilisatrice, d'un papillon de swirl variable 11 qui 10 est ouvert. Sur les figures 3 et 4, le mouvement d'air est tourbillonnaire du côté du répartiteur et laminaire ou rectiligne du côté culasse, comme cela est illustré par des flèches. La figure 5 confirme que le dispositif de grille 15 stabilisatrice produit réellement l'effet préconisé de réduction des dispersions des swirls d'un cylindre à l'autre d'un moteur à combustion interne. Cette figure reflète des résultats des mesures des swirls sur un moteur à seize soupapes par cylindre pour 20 trois configurations différentes, le nombre de swirls Ns étant rapporté sur l'abscisse et l'ordonnée indiquant les coefficients de débit Cf. Les mesures ont été faites pour un moteur à quatre cylindres,- les valeurs de mesure de chacun étant représentée par un symbole différent, celles 25 du cylindre 1 par un carré, celle du cylindre 2 par un losange, celles du cylindre 3 par un triangle et celles du cylindre 4 par un rond. L'ovale A entoure les valeurs de mesure obtenues pour un moteur comportant seulement une culasse, sans répartiteur, l'ovale B les mesures d'un 30 système à culasse et répartiteur mais sans grille stabilisatrice et l'ovale C les valeurs de mesure d'un système à culasse et répartiteur avec une grille stabilisatrice conforme à l'invention réduite à sa plus simple expression, c'est-à-dire une seule lame entre le 35 répartiteur et la culasse sur un seul des deux conduits (papillon de swirl ouvert dans les conditions de l'expérience). 2905141 5 Il ressort de la figure 5 que la dispersion du nombre de swirls Ns d'un des quatre cylindres à l'autre est faible pour une culasse seule, sans répartiteur, c'est-à-dire dans des conditions d'entrée dans la culasse 5 identiques pour chaque cylindre. C'est le cas de l'ovale A. En effet, les quatre points de mesure représentant les quatre cylindres se trouvent dans un ovale A dont le grand axe est relativement court. La dispersion de swirls Ns entre les cylindres est importante dans le cas du 10 système à culasse et répartiteur sans grille stabilisatrice conformément à l'ovale B très long, mais est réduite de façon significative dans le cas C illustrant le système dans lequel une grille stabilisatrice est présente dans au moins un des 15 conduits. On constate en outre que le classement des swirls d'un cylindre à l'autre correspond à l'ordre des cylindres et que ce sont les deux cylindres extrêmes qui présentent le plus de différences. Il est vraisemblable qu'en intégrant l'équivalent 20 d'une grille redresseuse sur l'ensemble des conduits, la dispersion de swirls d'un cylindre à l'autre sera significativement réduite par rapport à une situation sans aucun dispositif de stabilisation ou redressement du flux d'air entre le répartiteur et la culasse. 25 La figure 6 illustre un autre effet avantageux de l'invention, à savoir l'effet des dispersions de swirls sur les émissions de particules polluants. La figure montre les particules Ep émises en fonction du nombre de swirls Ns. 30 Le graphique illustre la sensibilité des émissions de particules aux dispersions de swirls pour différents cas. Les points représentés sous forme de losanges concernent des essais pour différents swirls, les points carrés sont les résultats obtenus pour une culasse réelle 35 sans non-homogénéité de flux en amont, les points en forme de triangles concernent une culasse avec répartiteur et non-homogénéité de flux en amont. Les 2905141 6 lignes brisées indiquent des tendances issues des essais, la ligne D relative aux émissions de particules avec swirl nominal, d'un cylindre à l'autre et la ligne E relative aux émissions de particules avec une non- 5 homogénéité de swirls entre le cylindre. Les résultats indiqués ont été obtenus par des essais de robustesse au swirl qui ont été menés sur un moteur au cours de son développement et permettent de mettre bien en évidence l'effet du swirl sur les 10 émissions de particules polluantes en particulier. Le graphique confirme que la valeur d'émission de particules Epnom est minimale pour la valeur de niveau de swirl nominal Nsnom correspondant à 0% et augmente au fur et à mesure que le pourcentage du nombre de swirls Ns 15 s'éloigne de la valeur nominale. Le graphique illustre une projection d'écart d'émission de particules entre un moteur dont la valeur de swirl serait homogène d'un cylindre à l'autre (points en forme de carrés) et un moteur présentant une non-homogénéité de swirl d'un 20 cylindre à l'autre, (points en forme de triangles) tel que sur la figure 5 sans aucun dispositif redressant le flux entre le répartiteur et la culasse. Le même type de projection peut être fait pour une culasse présentant une dispersion de fonderie ou 25 d'usinage, et du fait de la non-linéarité de la sensibilité des particules au niveau de swirl, l'écart entre un système d'admission homogène cylindre à cylindre et un système non-homogène serait alors plus important. On peut donc faire valoir en plus d'une réduction des 30 émissions de particules pour un moteur nominal, une diminution de la sensibilité du moteur aux dispersions d'usinage et de fonderie pour la culasse. Une diminution. du niveau de particules émises par le moteur présente de multiples avantages technico-35 économiques, notamment un allongement de la durabilité du FAP, une diminution du coût des autres éléments composant le moteur, permettant une suppression d'échangeurs EGR et 2905141 7 une diminution du coût du système d'injection, une diminution des émissions de CO/HC par calibration et donc du coût du système de post-traitement, une amélioration de la prestation acoustique pour un même niveau de 5 particules émises par modification de la calibration (diminution de la Prail, par exemple) et une amélioration de la consommation pour un même niveau de particules émises par modification de la calibration (recalage des injections, par exemple). 10 Une diminution des écarts de swirl d'un cylindre à l'autre, conforme à l'invention, peut également présenter des avantages sur les niveaux de fumée en pleine charge et permet de proposer une amélioration du couple maximum du moteur dans le cas où celui-ci est limité par le 15 niveau des fumées. REVENDICATIONS 1. Système d'admission de gaz dans un moteur à combustion interne, comprenant une pluralité de cylindres, une culasse et un répartiteur de gaz à la culasse, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (8) de réduction des dispersions des mouvements tourbillonnaires (10), d'un cylindre (6) à l'autre. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif (8) de réduction des dispersions des mouvements tourbillonaires comprend au moins une grille (9) de stabilisation de l'écoulement de gaz, associée au répartiteur de gaz (1). 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que la grille de stabilisation (9) est disposée dans au moins un conduit (4) d'amenée de gaz à la culasse (3), du répartiteur (1). 4. Système selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la grille de stabilisation (9) est disposée en entrée de la culasse (3) d'un conduit de répartition (4) du répartiteur (1). 5. Système selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que chaque conduit d'amenée (4) 25 comporte une grille (9) 6. Système selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'une grille de stabilisation (9) comporte au moins une lame (10), avantageusement plusieurs lames (10). 30 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que les lames (10) sont positionnées selon une seule orientation ou selon deux orientations perpendiculaires. 8. Système selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la grille de stabilisation (9) 35 comporte un papillon de swirl (11) dont la position est variable. 2905141 9 9. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte un système d'admission de gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes.