Brevet FR2915236A3 — publié le 20081024

FR 2915236 A3 20081024 FR 0702884 A 20070420 Dispositif de qénération d'aérodynamique interne variable de type tumble d'un moteur thermique pour un système de distribution variable La présente invention concerne le domaine des moteurs thermiques de type essence de véhicules automobiles, et plus particulièrement un dispositif de génération d'aérodynamique interne variable de type à rotation perpendiculaire coaxiale à l'axe de la chambre de combustion appelée tumble pour un système de distribution variable. Selon les points de fonctionnement du moteur thermique (charges, io régimes,...) il est nécessaire de faire varier l'intensité des mouvements d'aérodynamique, pour optimiser l'initiation de la flamme et donc la combustion. Afin de gagner en robustesse durant le processus de fabrication et de pouvoir modifier le comportement aérodynamique d'une culasse existante, il 15 est nécessaire de prévoir un dispositif induisant ce comportement aérodynamique en fonction de la levée des soupapes d'admission. Pour les systèmes de distribution variable dont le fonctionnement est considéré comme connu, il est nécessaire d'obtenir un fort niveau de tumble avec une levée réduite de soupape, environ trois millimètres, et 20 un faible niveau de tumble avec une forte levée de soupape, environ huit millimètres. Or, l'obtention d'un fort niveau de tumble avec une levée réduite de soupape pose problème. En effet, un fort tumble est généré principalement par une absence de débit à l'arrière de la soupape, le fluide passant à l'avant de la soupape peut s'enrouler dans la chambre de 25 combustion pour créer le mouvement d'ensemble. Mais lorsque les soupapes sont à levées réduites, le débit à l'arrière de la soupape est trop important pour générer le mouvement d'ensemble dans la chambre de combustion, ce qui diminue les performances du moteur via la combustion. Les solutions actuelles proposent d'insérer un masque à l'arrière des 30 soupapes d'admission pour limiter le débit à l'arrière de ces soupapes ce qui permet d'augmenter le débit à l'avant des soupapes et donc de favoriser le mouvement d'ensemble du fluide dans la chambre de combustion. Mais un tel dispositif impacte fortement le remplissage et la perméabilité des conduits d'admission. Une solution consiste également à diriger le flux d'admission à l'arrière de la soupape pour créer un mouvement appelé tumble inverse correspondant à un écoulement du flux d'admission issu du conduit d'admission et entrant dans la chambre de combustion, dirigé de manière prédominante le long du mur de la chambre de combustion avant d'être to dévié par le piston vers le haut de la chambre de combustion, ce mouvement appelé tumble inverse étant contraire au mouvement appelé tumble nominal correspondant à un écoulement du flux d'admission issu du conduit d'admission entrant dans la chambre de combustion, dirigé de manière prédominante vers le fond de la chambre de combustion avant 15 d'être dévié par le mur du cylindre vers le piston. C'est le cas du brevet GB 2 402 969 qui propose un conduit d'admission comprenant un tuyau d'écoulement relié à un cylindre du conduit situé au-dessus de la soupape associée menant à la chambre de combustion. Le tuyau d'écoulement du conduit possède un plan incliné en 20 dessous du conduit immédiatement avant que le tuyau n'entre dans le cylindre du conduit pour former un bec d'écoulement ayant une gorge permettant de dévier l'écoulement du flux d'admission vers le haut du cylindre et vers le mur du cylindre opposé au plan incliné. Par ailleurs, le mur opposé du cylindre possède une courbure suffisante pour permettre à 25 l'écoulement du flux d'admission entrant dans la chambre de combustion de générer un tumble inverse . Une variante à ce dispositif propose une patte pivotante d'une première position servant de plan incliné pour l'écoulement du flux d'admission et formant un bec pour la projection de l'écoulement du flux d'admission vers le mur opposé du cylindre du conduit ayant une 3o courbure arrière pour produire un tumble inverse dans la chambre de combustion à une deuxième position formant un écoulement du flux d'admission parallèle avec le tuyau d'écoulement offrant le minimum d'obturation pour l'écoulement du flux d'admission et guidant l'écoulement du flux d'admission pour générer un tumble norninal . Mais la courbure du mur du cylindre opposé au plan incliné favorise une mauvaise pénétration de l'air et donc impacte fortement la perméabilité des conduits d'admission. En outre, le brevet GB 2 389 391 propose un déflecteur monté à l'intérieur d'un conduit d'admission au-dessus de la tête d'une soupape associée pour modifier le mouvement d'ensemble d'un fluide dans la chambre de combustion d'un moteur thermique. Le déflecteur comprend une coquille mince, formée pour couvrir une surface substantielle d'un mur lo intérieur du conduit au coude où l'axe du conduit se tourne brusquement pour se joindre à l'axe de la soupape. Le déflecteur est mobile entre une première position dans laquelle il se confond au mur du conduit et une deuxième position dans laquelle il est espacé du mur. Un système de commande permet à un bras de transmission de pousser ou tirer le 15 déflecteur entre sa première et deuxième position pour générer un tumble nominal et un tumble inverse . Mais l'insertion d'un tel dispositif dans les conduits d'admission impacte également la perméabilité des conduits d'admission. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients de l'art 20 antérieur en définissant un dispositif de génération d'aérodynamique interne variable de type tumble pour un système de distribution variable permettant ainsi de modifier l'aérodynamique interne d'un moteur essence en fonction de la levée des soupapes d'admission sans impacter la perméabilité des conduits d'admission. L'aérodynamique à faibles levées de soupape 25 augmente et l'aérodynamique à fortes levées de soupape reste identique à celle des solutions actuelles. Pour atteindre ce but, le dispositif de génération d'aérodynamique variable de type tumble pour moteur thermique comprend au moins un conduit d'admission dont l'axe de symétrie se tourne pour se joindre à un axe 30 d'une tige d'une soupape d'admission associée, le conduit d'admission se terminant dans une chambre de combustion par un siège comportant une partie saillante, insérée à l'extrémité du conduit d'admission, formée d'une première surface de révolution saillante sur une portion de la circonférence dans la zone d'incidence du flux d'admission dans le conduit d'admission et d'une deuxième surface de révolution saillante sur le reste de la circonférence dans la zone de tangence du flux d'admission dans le conduit d'admission et orientée par rapport à l'axe de déplacement de la soupape d'admission, la première surface de révolution saillante permettant la déflection du flux d'admission dans une direction correspondant au tumble inverse pour les faibles débits (faibles levées de la soupape d'admission) et les dimensions des deux surfaces de révolution saillantes ne modifiant pas io l'écoulement du flux d'admission selon l'axe de symétrie du conduit d'admission lors de débits élevés (fortes levées de la soupape d'admission). Selon une autre particularité, la première surface de révolution saillante dans l'incidence de l'écoulement du flux d'admission, la deuxième surface de révolution saillante dans la tangence de l'écoulement du flux 15 d'admission et le siège forment une pièce monobloc. Selon une autre particularité, l'extrémité du conduit d'admission se terminant dans la chambre de combustion est modifiée ou étudiée pour permettre l'insertion de la partie saillante du ;siège à la dite extrémité du conduit d'admission, la modification consistant en un élargissement de 20 l'extrémité du conduit d'admission. Selon une autre particularité, dans un premier mode de réalisation, les deux surfaces de révolution saillantes sont planes, la première surface de révolution saillante dans l'incidence de l'écoulement du flux d'admission étant plus inclinée par rapport à l'axe de déplacement de la soupape d'admission 25 que la deuxième surface de révolution saillante dans la tangence de l'écoulement du flux d'admission. Selon une autre particularité, dans un second mode de réalisation, les deux surfaces de révolution saillantes sont courbes et ont une courbure arrière dans le conduit d'admission, la première surface de révolution 30 saillante dans l'incidence de l'écoulement du flux d'admission est moins courbée que la deuxième surface de révolution saillante dans la tangence de l'écoulement du flux d'admission. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux figures annexées données à titre d'exemples non limitatifs dans lesquelles : û la figure 1 représente un schéma du dispositif selon l'invention ; la figure 2 illustre le dispositif de génération d'aérodynamique variable de type tumble pour un système de distribution variable dans un moteur thermique de type essence: la figure 2a correspond à une faible levée de la soupape d'admission et la figure 2b correspond à une forte levée de la w soupape d'admission ; la figure 3 représente un schéma d'une variante du dispositif de génération d'aérodynamique variable de type tumble pour un système de distribution variable dans un moteur thermique de type essence. En référence aux figures 1 et 2, le dispositif selon l'invention est utilisé, 15 dans l'exemple représenté, pour générer un tumble dans une chambre de combustion (4) d'un moteur thermique de type essence en fonction des levées des soupapes (2) d'admission pour un système de distribution variable. Le dispositif de génération d'aérodynamique variable de type 20 tumble dans un moteur thermique de type essence comprend au moins un conduit (1) d'admission, dont l'axe de symétrie se tourne pour se joindre à un axe d'une tige (22) d'une soupape (2) d'admission associée. Le conduit (1) d'admission se termine dans une chambre de combustion (4) par un siège (3) comportant une partie saillante insérée à l'extrémité (10) et contre 25 la paroi intérieure du conduit (1) d'admission. Dans le conduit (1) d'admission, un flux d'admission se déplace parallèlement à l'axe de symétrie du conduit (1) d'admission, le flux d'admission étant constitué d'un mélange air-carburant. Le siège (3) permet d'assurer l'étanchéité de la chambre de 30 combustion (4) lorsqu'une tête (21) de la soupape (2) d'admission vient s'entrechoquer contre le siège (3) lors des phases de combustion et de compression. Le déplacement de la soupape (2) d'admission s'effectuant selon l'axe de la tige (22) de la soupape (2) d'admission permet au flux d'admission d'entrer dans la chambre de combustion (4). Le déplacement de la soupape (2) d'admission correspond soit à une faible levée, environ 3 millimètres entre la tête (21) de la soupape (2) d'admission et le siège (3) soit à une forte levée, environ 8 millimètres entre la tête (21) de la soupape (2) d'admission et le siège (3). Il est à noter que lors d'une faible levée de la soupape (2) d'admission, le débit du flux d `admission à l'arrière de la to soupape (2) d'admission est trop important pour générer une structure tumble . A l'intérieur de la chambre de combustion (4), le flux d'admission est compressé ou détendu au moyen d'un piston (5) se situant en bas de la chambre de combustion (4). II est à noter que le fonctionnement et la constitution d'un moteur thermique sont considérés comme connu. is La partie saillante insérée à l'extrémité du conduit (1) d'admission est formée d'une première surface (31) de révolution saillante sur une portion de la circonférence dans la zone d'incidence du flux d'admission dans le conduit (1) d'admission et d'une deuxième surface (32) de révolution saillante sur le reste de la circonférence dans la zone de tangence du flux d'admission dans 20 le conduit (1) d'admission. La partie saillante est orientée par rapport à l'axe de déplacement de la soupape (2) d'admission pour permettre grâce à l'orientation de la première surface (31) de révolution saillante la déflection du flux d'admission dans une direction correspondant au tumble inverse pour les débits faibles soit de faibles levées de la soupape (2) d'admission. 25 Les dimensions des deux surfaces (31, 32) de révolution saillantes ne modifient pas l'écoulement du flux d'admission selon l'axe de symétrie du conduit (1) d'admission lors de débits élevés soit de fortes levées de la soupape (2) d'admission. Il est à noter que le siège (3), la première surface de révolution 30 saillante (31) et la deuxième surface de révolution saillante (32) forment une pièce monobloc. L'extrémité (10) du conduit (1) d'admission se terminant dans la chambre de combustion (4) est modifiée ou étudiée pour permettre l'insertion de la partie saillante du siège (3) à cette extrémité (10) du conduit (1) d'admission. La modification consiste en un élargissement de l'extrémité (10) du conduit (1) d'admission et s'effectue par un usinage de forme du conduit (1) d'admission. Dans un premier mode de réalisation selon l'invention et en référence à la figure 1, les deux surfaces (31, 32) de révolution saillantes sont planes. La première surface (31) de révolution saillante dans l'incidence de to l'écoulement du flux d'admission est plus inclinée par rapport à l'axe de déplacement de la soupape (2) d'admission que la deuxième surface (32) de révolution saillante dans la tangence de l'écoulement du flux d'admission. Dans un second mode de réalisation selon l'invention et en référence à la figure 3, les deux surfaces (31, 32) de révolution saillantes sont courbes 15 et présentent une courbure arrière dans le conduit (1) d'admission. La première surface (31) de révolution saillante dans l'incidence de l'écoulement du flux d'admission est moins courbée que la deuxième surface (32) de révolution saillante dans la tangence de l'écoulement du flux d'admission. On décrira ci-après le fonctionnement du dispositif selon l'invention qui 20 vient d'être décrit. En référence à la figure 2a, lors de faibles levées de la soupape (2) d'admission, le flux d'admission se déplaçant dans le conduit (1) d'admission dans une direction parallèle à l'axe de symétrie du conduit (1) d'admission est dévié par la première surface (31) de révolution saillante dans l'incidence 25 de l'écoulement du flux d'admission pour se diriger le long du mur de la chambre de combustion (4) avant d'être dévié par le piston (5) qui aide le mouvement à se former vers le haut de la chambre de combustion (4) afin de générer le tumble inverse . Cette déviation de l'écoulement du flux d'admission s'effectue dans une section stabilisante pour améliorer la 30 robustesse du dispositif selon l'invention, sans impacter le remplissage et la perméabilité du conduit (1) d'admission. En référence à la figure 2b, lors de fortes levées de la soupape (2) d'admission, le flux d'admission n'est pas dévié par les deux surfaces (31, 32) de révolution saillantes et se dirige naturellement vers le haut de la chambre de combustion (4) avant d'être dévié par le mur de la chambre de combustion (4) vers le piston (5) afin de générer le tumble nominal sans pénaliser la perméabilité et le remplissage du conduit (1) d'admission. Dans cette situation, l'aérodynamique du conduit (1) d'admission est prédominante par rapport à l'influence des deux surfaces (31, 32) de révolution saillantes sur l'écoulement du flux d'admission. Io Un des avantages de l'invention est que le dispositif permet de modifier l'aérodynamique interne d'un moteur thermique de type essence en fonction de la levée des soupapes (2) d'admission pour un système de distribution variable sans impacter sur le remplissage et la perméabilité des conduits (1) d'admission: l'aérodynamique augmente à faibles levées de 15 soupape (2) d'admission et reste identique aux solutions actuelles à fortes levées de soupape (2) d'admission. Il doit être évident pour les personnes versées dans l'art que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de 20 l'invention comme revendiqué. 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. REVENDICATIONS . 1. Dispositif de génération d'aérodynamique variable de type tumble dans un moteur thermique comprenant au moins un conduit (1) d'admission dont l'axe de symétrie se tourne pour se joindre à un axe d'une tige (22) d'une soupape (2) d'admission associée, le conduit (1) d'admission se terminant dans une chambre de combustion (4) par un siège (3) caractérisé en ce que le siège (3) comporte une partie saillante, insérée à l'extrémité (10) du conduit (1) d'admission, formée d'une première surface i.o (31) de révolution saillante sur une portion de la circonférence dans la zone d'incidence du flux d'admission dans le conduit d'admission (1) et d'une deuxième surface (32) de révolution saillante sur le reste de la circonférence dans la zone de tangence du flux d'admission dans le conduit d'admission (1) et orientée par rapport à l'axe de déplacement de la soupape (2) 1.s d'admission, la première surface (31) de révolution saillante permettant la déflection du flux d'admission dans une direction correspondant au tumble inverse pour les faibles débits (faibles levées de la soupape (2) d'admission) et les dimensions des deux surfaces (31, 32) de révolution saillantes ne modifiant pas l'écoulement du flux d'admission selon l'axe de 20 symétrie du conduit (1) d'admission lors de débits élevés (fortes levées de la soupape (2) d'admission). 2. Dispositif de génération d'aérodynamique variable de type tumble dans un moteur thermique selon la revendication 1, dans lequel la première surface (31) de révolution saillante dans l'incidence de l'écoulement 2s du flux d'admission, la deuxième surface (32) de révolution saillante dans la tangence de l'écoulement du flux d'admission et le siège (3) forment une pièce monobloc. 3. Dispositif de génération d'aérodynamique variable de type tumble dans un moteur thermique selon une des revendications 1 à 2, ..o dans lequel l'extrémité (10) du conduit (1) d'admission se terminant dans la chambre de combustion (4) est modifiée ou étudiée pour permettre l'insertionio de la partie saillante du siège (3) à la dite extrémité (10) du conduit (1) d'admission, la modification consistant en un élargissement de l'extrémité (10) du conduit (1) d'admission. 4. Dispositif de génération d'aérodynamique variable de type tumble dans un moteur thermique selon une des revendications 1 à 3, dans lequel dans un premier mode de réalisation, les deux surfaces (31, 32) de révolution saillantes sont planes, la première surface (31) de révolution saillante dans l'incidence de l'écoulement du flux d'admission étant plus inclinée par rapport à l'axe de déplacement de la soupape (2) d'admission ~o que la deuxième surface (32) de révolution saillante dans la tangence de l'écoulement du flux d'admission. 5. Dispositif de génération d'aérodynamique variable de type tumble dans un moteur thermique selon une des revendications 1 à 3, dans lequel dans un second mode de réalisation, les deux surfaces (31, 32) 15 de révolution saillantes sont courbes et ont une courbure arrière dans le conduit (1) d'admission, la première surface (31) de révolution saillante dans l'incidence de l'écoulement du flux d'admission est moins courbée que la deuxième surface (32) de révolution saillante dans la tangence de l'écoulement du flux d'admission.