Brevet FR2928704A1 — publié le 20090918

DISPOSITIF REPARTITEUR D'ADMISSION D'UN MOTEUR [0001] La présente invention concerne un dispositif répartiteur d'admission d'un moteur. [0002] Un moteur monté dans un véhicule automobile convertit l'énergie issue de la combustion du carburant en énergie mécanique. L'efficacité de la combustion dépend notamment des proportions du mélange entre le carburant et l'air. Le bon fonctionnement du moteur requiert donc un contrôle de l'injection d'air dans le moteur. [0003] Le développement des systèmes de recirculation des gaz d'échappement rend le contrôle de l'injection d'air encore plus délicat. La recirculation des gaz d'échappement (ou � Exhaust gas recirculation � EGR en anglais) est un système qui consiste à rediriger une partie des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne vers l'admission. Les émissions de polluants sont réduites en présence du système de recirculation. [0004] En parallèle de l'injection de carburant, la quantité d'air et de gaz d'échappement doit donc être contrôlée afin de garantir un bon mélange air-gazole au niveau de la chambre de combustion. Le moteur comprend généralement un dispositif répartiteur d'admission qui assure l'injection de la quantité d'air adaptée. Différents éléments agencés séquentiellement font généralement partie du dispositif répartiteur d'admission. L'espace occupé par le dispositif est donc conséquent. De plus, cela augmente la masse du véhicule. Les interfaces sont, par ailleurs, multipliées ce qui peut générer des problèmes d'entretien. [0005] Ainsi, les documents GB 106 300 et GB 150 018 décrivent des carburateurs permettant d'obtenir les proportions correctes d'air et d'essence. [0006] Le document EP-A-O 933 513 décrit un dispositif d'admission pour moteur à combustion interne comportant au moins un conduit d'admission ménagé dans la culasse du moteur pour alimenter une chambre de combustion à travers un orifice obturé par une soupape, ledit conduit coopérant avec des moyens obturateurs pilotés aptes à produire sélectivement un mouvement aérodynamique ordonné dans la chambre de combustion. Le conduit d'admission présente un coude marqué et lesdits moyens obturateurs sont formés par un boisseau débouchant dans la partie supérieure du conduit d'admission en amont, dans le sens de l'écoulement de l'air, dudit coude. [0007] Il est aussi connu du document US-A-5 542 385 un système de tubulure d'admission pour un moteur à combustion interne comprenant un réservoir d'équilibre pour stocker temporairement l'air et une tubulure d'admission pour connecter ledit reservoir d'équilibre avec les chambres à combustion des cylindres. Ladite tubulure d'admission a une pluralité de tubes à haute vitesse pour prendre l'air dudit réservoir d'équilibre et une pluralité de tubes à moyenne/basse vitesse pour prendre l'air dudit réservoir d'équilibre. Le diamètre interne desdits tubes à haute vitesse est plus grand que celui desdits tubes à moyenne/basse vitesse. Chacun desdits cylindres est connectés avec un tube à haute vitesse et un tube à moyenne/basse vitesse. Egalement, une soupape de tubulure d'admission permet d'ouvrir et fermer sélectivement les ouverture d'aspiration desdits tubes à haute et moyenne/basse vitesse de ladite tubulure d'admission. Un guide de soupape attaché à la surface interne dudit réservoir d'équilibre permet de guider ladite soupape de tubulure d'admission. Des moyens d'entraînement permettent d'entraîner le dispositif de soupape de tubulure selon la vitesse de marche du véhicule, l'air s'écoule via lesdits tubes à haute vitesse dans les chambres de combustion à une haute vitesse de marche du véhicule plus rapidement qu'à une moyenne/basse vitesse de marche du véhicule. [0008] Mais, les dispositifs décrits dans les documents précédemment cités ne 15 prennent pas en compte la recirculation de gaz d'échappement. [0009] Il existe donc un besoin pour des dispositifs répartiteurs d'admission plus simples de dans un moteur dans le cas de véhicule comprenant un système de recirculation des gaz d'échappement. [0010] Ainsi selon l'invention, il est proposé un dispositif répartiteur d'admission d'un 20 moteur comprenant une chambre avec des ouvertures d'admission d'air et de gaz d'échappement et des ouvertures d'alimentation de cylindres du moteur, un obturateur des ouvertures, les ouvertures de la chambre étant susceptibles d'être sélectivement au moins partiellement obturées par l'obturateur. [0011] Selon une variante, l'obturateur est mobile, par exemple mobile en rotation, 25 dans la chambre. [0012] Selon une autre variante, l'obturateur peut occuper au moins une position choisie parmi les suivantes : • une position dans laquelle toutes les ouvertures sont obturées, • une position dans laquelle toutes les ouvertures sont ouvertes, 30 • une position dans laquelle l'ouverture d'admission d'air est partiellement obturée et dans laquelle les ouvertures d'alimentation des cylindres et d'admission de gaz d'échappement sont ouvertes. [0013] Selon une autre variante, l'obturateur est un tube comportant des alvéoles coopérant avec les ouvertures de la chambre. [0014] Selon une autre variante, les alvéoles coopérant avec les ouvertures d'admission de gaz d'échappement et d'alimentation des cylindres sont oblongues avec la 5 dimension la plus grande orientée selon une directrice de l'obturateur en forme de tube. [0015] Selon une autre variante certaines des alvéoles coopérant avec les ouvertures d'alimentation des cylindres sont oblongues avec la dimension la plus grande orientée selon une directrice de l'obturateur en forme de tube et certaines des alvéoles coopérant avec les ouvertures d'alimentation des cylindres sont de la même forme que les ouvertures 10 d'alimentation des cylindres. [0016] Selon une autre variante, le dispositif comprend en outre un moteur d'entraînement de l'obturateur. [0017] Selon une autre variante, l'obturateur comporte une extrémité crénelée coopérant avec un pignon d'entraînement du moteur. 15 [0018] La présente invention a également pour objet une culasse de moteur comprenant le dispositif répartiteur tel que défini précedemment. Avantageusement, ce dispositif répartiteur est amovible ou monobloc avec la culasse. [0019] La présente invention a enfin pour objet un moteur comportant d'une culasse selon l'invention. [0020] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple et en référence aux figures annexées qui montrent : • Figure 1, un exemple de culasse comprenant un dispositif répartiteur d'admission; 25 • Figure 2, une vue en coupe de l'exemple de dispositif répartiteur d'admission; • Figure 3, un exemple d'obturateur ; • Figure 4A, 4B et 4C, des vues en coupe de l'obturateur en fonctionnement ; • Figure 5A, 5B et 5C, des vues en coupe de l'obturateur en fonctionnement ; et • Figure 6, une vue en coupe d'un autre exemple d'obturateur en fonctionnement. 30 [0021] Il est proposé un dispositif répartiteur d'admission d'un moteur. Le dispositif répartiteur d'admission comprend une chambre avec des ouvertures d'admission d'air et de gaz d'échappement et des ouvertures d'alimentation de cylindres du moteur. Le dispositif 20 répartiteur d'admission comprend en outre un obturateur des ouvertures. Les ouvertures de la chambre sont susceptibles d'être sélectivement au moins partiellement obturées par l'obturateur. [0022] La fonction d'obturation des ouvertures est assurée par un seul élément appelé obturateur. L'utilisation d'un seul élément pour l'obturation est une simplification par rapport aux dispositifs actuels car le nombre d'éléments assurant la répartition est réduit. De plus, cela facilite le contrôle de l'obturation et donc le contrôle de la répartition. [0023] La figure 1 est un exemple de culasse comprenant un dispositif répartiteur d'admission. [0024] Une culasse 2 de moteur, par exemple de moteur Diesel, d'un véhicule comporte un dispositif 4 répartiteur d'admission. Le dispositif 4 permet de répartir l'air pour l'admission dans les cylindres du moteur, au travers de la culasse 2. Le dispositif 4 peut être amovible. Cela peut permettre de réaliser des opérations, notamment de réparation, indépendamment sur la culasse 2 et le dispositif 4. Le dispositif 4 peut aussi être monobloc avec la culasse 2. L'intégration du dispositif 4 dans le véhicule est ainsi améliorée. De plus, le nombre d'interfaces est réduit. Les figures 4A, 4B, 4C, 5A, 5B et 5C illustrent le cas où le dispositif 4 est monobloc avec la culasse 2. [0025] La culasse 2 comprend, en outre, des ouvertures 13 d'alimentation de cylindres du moteur. Les ouvertures 13 coopèrent avec des ouvertures 12 d'alimentation de cylindre du dispositif 4 non visibles sur la figure 1. Les ouvertures 12 sont par exemple visibles sur la figure 2. Dans la figure 1, la coopération entre les ouvertures 12 et 13 est indiquée par des pointillés et permet la circulation de fluide depuis le dispositif 4 vers les cylindres. Les ouvertures 12 et 13 sont par exemple circulaires. Selon l'exemple de la figure 1, les ouvertures 12 et 13 sont au nombre de 8 pour permettre l'admission dans 4 cylindres. La culasse 2 est alors munie de 16 soupapes, 8 soupapes pour l'admission et 8 soupapes pour l'échappement, soit 4 soupapes par cylindre. [0026] La figure 2 est une vue en coupe d'un exemple de dispositif de répartiteur d'admission. [0027] Le dispositif 4 comprend une chambre 6. La chambre 6 est aussi communément appelée plenum. La chambre 6 sert à répartir l'air à l'admission au moyen de plusieurs ouvertures. Au moins une ouverture 8 d'admission d'air permet d'introduire de l'air dans la chambre 6. L'ouverture 8 peut coopérer avec une bride d'interface 9 de la culasse 2. Un conduit d'arrivée d'air en provenance du filtre à air ou du turbocompresseur dans le cas de moteur suralimenté peut se fixer sur la bride d'interface 9. [0028] Le dispositif 4 comporte, en outre, une ou des ouvertures 10 d'admission de gaz d'échappement qui permettent d'introduire des gaz d'échappement dans la chambre 6. Les gaz d'échappement proviennent de la recirculation des gaz d'échappement. Les gaz d'échappement sont prélevés au niveau du collecteur d'échappement pour être réintroduits au travers d'une vanne. Ceci a pour effet de ralentir la combustion du mélange et d'absorber une partie des calories, ce qui diminue la température de combustion. De plus, la présence d'oxygène est limitée dans le cylindre. Ces deux effets entraînent une diminution des oxydes d'azote (NOx). Les gaz d'échappement peuvent également cheminer au travers d'un échangeur air/eau afin que leur température soit baissée. [0029] Le dispositif 4 comporte, en outre, un obturateur 14 des ouvertures. Les ouvertures 8, 10 et 12 de la chambre 6 sont susceptibles d'être sélectivement obturées par l'obturateur 14. L'obturation peut être partielle ou totale. [0030] En particulier, l'obturateur 14 peut occuper une position où toutes les ouvertures 8, 10 et 12 de la chambre 6 sont obturées. L'air ou les gaz d'échappement ne peuvent pas alors entrer dans les cylindres du moteur. L'obturation complète des ouvertures du dispositif 4 permet de réaliser la prestation d'arrêt du moteur, dite � étouffoir �. [0031] L'obturateur 14 peut aussi occuper une position dans laquelle toutes les 20 ouvertures 8, 10 et 12 sont ouvertes. La circulation de fluide est alors maximale. [0032] Dans une autre position de l'obturateur 14, l'ouverture 8 est partiellement obturée et les ouvertures 10 et 12 sont ouvertes. Cette configuration permet de limiter l'introduction d'oxygène et de forcer le débit d'EGR (gaz d'échappement recirculés), utile à la dépollution. 25 [0033] De plus, la proportion de gaz d'échappement injectée peut être contrôlée au moyen d'une vanne placée en amont. Si cette vanne est à pleine ouverture, le pompage du piston des cylindres du moteur, en phase d'admission, force donc l'admission des gaz issus de la recirculation des gaz d'échappement. [0034] L'utilisation d'un seul élément pour l'obturation est une simplification par 30 rapport aux dispositifs actuels. De plus, le contrôle de l'obturation est facilité. Il en résulte un contrôle de la répartition plus aisé. [0035] Le dispositif 4 assure ainsi la fonction de répartiteur d'air des boucles d'admission d'air classiques. Le dispositif 4 répartit en effet l'air au niveau de chacun des cylindres. Le dispositif permet aussi de distribuer les gaz d'échappement à l'admission. [0036] Par ailleurs, l'obturateur 14 peut être mobile dans la chambre 6. Par exemple, l'obturateur 14 est mobile en translation. De préférence, l'obturateur 14 peut aussi être mobile en rotation dans la chambre 6 afin de rendre le dispositif 4 encore plus compact. L'encombrement du dispositif 4 est ainsi réduit car le déplacement de l'obturateur est circonscrit à l'intérieur de la chambre 6. L'obturateur 14 est mobile en rotation autour d'un axe 11 qui est transversal à la direction d'admission au travers des ouvertures 12. [0037] La rotation peut être assurée par un moteur 22 d'entraînement. Le moteur 22 est par exemple situé à une extrémité du dispositif 4 ce qui simplifie l'assemblage du moteur 22 au dispositif 4. L'obturateur 14 peut disposer d'une extrémité crénelée 26 susceptible de coopérer avec un pignon 24 d'entraînement du moteur. Par exemple, une denture circulaire peut être pratiquée à une extrémité de l'obturateur 14. [0038] La figure 3 illustre un exemple d'obturateur. [0039] Dans l'exemple de la figure 3, l'obturateur 14 est un tube pour s'adapter à la forme cylindrique de la chambre 6. Ceci permet un mouvement de rotation de l'obturateur 14 dans la chambre 6. L'obturateur 14 peut comprendre des alvéoles 16, 18 et 20 coopérant avec les ouvertures de la chambre 6. Dans le cas particulier de la figure 3, l'alvéole 16 coopère avec l'ouverture 8 ce qui permet l'entrée d'air dans la chambre 6 du dispositif 2. Dans d'autres exemples, l'obturateur 14 peut comporter plusieurs alvéoles 16. L'alvéole 20 en coopération avec l'ouverture 10 permet l'admission des gaz d'échappement dans la chambre 6. Un obturateur 14 avec plusieurs alvéoles 18 peut aussi être envisagé notamment dans le cas où la chambre 6 comprend plusieurs ouvertures 10. Selon l'exemple de la figure 3, l'obturateur 14 comporte en outre huit alvéoles 20 qui coopèrent avec les huit ouvertures 12. La coopération entre les ouvertures 12 et les alvéoles 20 permet l'entrée d'air au niveau des cylindres du moteur. [0040] La forme des alvéoles est variable. La forme des alvéoles est choisie de sorte à permettre une ouverture complète des ouvertures 8, 10, 12 de la chambre 6, ou une obturation partielle ou totale des ouvertures 8, 10, 12. Pour une ouverture 8 de forme oblongue avec la dimension la plus grande selon l'axe 11, l'alvéole 16 peut être de même forme et dimensions. Lorsque l'alvéole 16 est en regard de l'ouverture 8, le passage d'air est maximal ; lorsque l'alvéole 16 est partiellement ou totalement décalée par rapport à l'ouverture 8, le passage d'air est partiellement obturé ou totalement obturé, respectivement. [0041] Pour des ouvertures 10 et 12 circulaires, les alvéoles 18 et 20 peuvent être oblongues avec la dimension la plus grande orientée selon une directrice de l'obturateur 14 en forme de tube. La dimension la plus petite des alvéoles 18, 20 oblongues correspond au diamètre des ouvertures 10 et 12 circulaires. Les ouvertures 10, 12 restent ouvertes tant que les formes oblongues des alvéoles 18, 20 sont en regard des ouvertures 10, 12. Les ouvertures 10, 12 peuvent être partiellement obturée ou obturée si les formes oblongues sont déplacées au-delà des ouvertures 10, 12. [0042] La présence conjuguée de l'extrémité crénelée 26 et des alvéoles 18 et 20 oblongues permet d'obtenir un obturateur 14 pouvant occuper différentes positions de fonctionnement et pouvant passer d'une position à l'autre par rotation comme décrit dans les figures 4A à 5C. [0043] Les figures 4A, 4B et 4C sont des vues en coupe de l'obturateur en fonctionnement. [0044] L'obturateur 14 est dans une position similaire à celle de la figure 2, dans laquelle toutes les ouvertures 8, 10, 12 du dispositif 4 sont ouvertes. La figure 4A est une coupe réalisée selon un plan contenant l'axe 11 et la direction d'admission au travers des ouvertures 12. La coupe de la figure 4B est réalisée transversalement à l'axe 11 au niveau de l'ouverture 8. La figure 4C est une coupe réalisée transversalement à l'axe 11 au niveau de l'ouverture 12. [0045] L'alvéole 16 est placée de sorte que l'ouverture 8 soit totalement ouverte. De l'air amené par le conduit d'arrivée d'air peut donc entrer dans la chambre 6. De plus, les alvéoles 20 sont dans une position où les ouvertures 12 sont totalement ouvertes. De ce fait, l'air du conduit d'arrivée d'air est acheminé au niveau de chacun des cylindres à travers la culasse 2. [0046] De la même manière, l'alvéole 18 est placée de sorte que l'ouverture 10 soit totalement ouverte. Ainsi, les gaz d'échappement peuvent entrer dans la chambre 6 puis pénétrer au niveau de chacun des cylindres à travers la culasse 2. [0047] Dans cet exemple, grâce à la forme oblongue des alvéoles 18 et 20, l'obturateur peut passer simplement dans une autre position illustrée par les figures 5A, 5B et 5C. En l'occurrence, le déplacement de l'obturateur 14 est réalisé par rotation autour de l'axe 11. Les figures 5A, 5B et 5C sont des vues en coupe de l'obturateur 14 en fonctionnement. [0048] Plus précisément, dans la position des figures 5, l'ouverture 8 de l'obturateur 14 est partiellement obturée, les autres ouvertures 10 et 12 étant ouvertes. La figure 5A est une coupe réalisée selon un plan contenant l'axe 11 et la direction d'admission au travers des ouvertures 12. La coupe de la figure 5B est réalisée transversalement à l'axe 11 au niveau de l'ouverture 8. La figure 5C est une coupe réalisée transversalement à l'axe 11 au niveau de l'ouverture 12. [0049] Du fait de la rotation de l'obturateur 14, l'ouverture 8 est partiellement obturée. De l'air peut donc entrer dans la chambre 6 mais en quantité moindre que dans le cas de la position de la figure 4. Parallèlement, les ouvertures 10 et 12 sont restées totalement ouvertes du fait de la forme oblongue des alvéoles 18 et 20 avec lesquelles les ouvertures 10 et 12 coopèrent respectivement. Préférentiellement à l'air, les gaz d'échappement sont donc acheminés au niveau de chacun des cylindres à travers la culasse 2. [0050] La figure 6 montre un autre exemple d'obturateur 14. Certaines alvéoles 20 sont oblongues avec la dimension la plus grande orientée selon une directrice de l'obturateur 14 en forme de tube alors que d'autres alvéoles 20 sont de la même forme que les ouvertures 12 d'alimentation des cylindres. [0051] Dans la position de la figure 6, les alvéoles 20 de forme oblongue laissent l'air ou les gaz d'échappement de la chambre 6 passer dans les cylindres alors que les ouvertures 12 coopérant avec les alvéoles 20 de forme identique aux ouvertures 12 sont obturées. De ce fait, seule une alvéole sur deux alimente en air et en gaz d'échappement chaque cylindre. Cela génère un mouvement de �swirl�. Un mouvement de �swirl� est un mouvement de rotation autour de l'axe vertical des cylindres, imprimé au flux, juste à l'entrée de la culasse. L'utilisation d'un tel mouvement est particulièrement intéressante pour les moteurs diesels à 16 soupapes. [0052] Le dispositif répartiteur d'admission permet donc d'intégrer les fonctions de répartition d'air, de dosage de l'air et de recyclage des gaz d'échappement. Ces fonctions sont ainsi intégrées au sein du même dispositif. Ceci permet de réduire les interfaces et de simplifier la répartition d'air dans un moteur de véhicule comprenant un système de recirculation des gaz d'échappement. De plus, l'espace alloué au dispositif répartiteur d'admission est diminué ce qui permet d'optimiser la masse du moteur et ainsi du véhicule. REVENDICATIONS 1. Un dispositif répartiteur d'admission (4) d'un moteur comprenant une chambre (6) avec des ouvertures d'admission d'air (8) et de gaz d'échappement (10) et des ouvertures d'alimentation (12) de cylindres du moteur, un obturateur (14) des ouvertures (8, 10, 12), caractérisé en ce que lesdites ouvertures (8, 10,12) de la chambre (6) sont susceptibles d'être sélectivement au moins partiellement obturées par l'obturateur (14). 2. Le dispositif selon la revendication 1, l'obturateur (14) étant mobile dans la chambre (6). 3. Le dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel l'obturateur (14) est 10 mobile en rotation dans la chambre (6). 4. Le dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'obturateur (14) peut occuper au moins une position choisie parmi les suivantes : - une position dans laquelle toutes les ouvertures (8, 10, 12) sont obturées, une position dans laquelle toutes les ouvertures (8, 10, 12) sont ouvertes, 15 - une position dans laquelle l'ouverture d'admission d'air (8) est partiellement obturée et dans laquelle les ouvertures d'alimentation (12) des cylindres et d'admission de gaz d'échappement (10) sont ouvertes. 5. Le dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'obturateur (14) est un tube comportant des alvéoles (16, 18, 20) coopérant avec les ouvertures (8, 10, 12) 20 de la chambre (6). 6. Le dispositif selon la revendication 5, dans lequel les alvéoles (18, 20) coopérant avec les ouvertures d'admission de gaz d'échappement (10) et d'alimentation (12) des cylindres sont oblongues avec la dimension la plus grande orientée selon une directrice de l'obturateur (14) en forme de tube. 25 7. Le dispositif selon la revendication 5, dans lequel certaines des alvéoles (20) coopérant avec les ouvertures d'alimentation (12) des cylindres sont oblongues avec la dimension la plus grande orientée selon une directrice de l'obturateur (14) en forme de tube et certaines des alvéoles (20) coopérant avec les ouvertures d'alimentation (12) des cylindres sont de la même forme que les ouvertures d'alimentation (12) des cylindres. 8. Le dispositif selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre un moteur (22) d'entraînement de l'obturateur. 9. Le dispositif selon la revendicaton 8, dans lequel l'obturateur (14) comporte une extrémité crénelée (26) coopérant avec un pignon (24) d'entraînement du moteur. 10. Une culasse de moteur comprenant le dispositif (4) selon l'une des revendications précédentes. 11. La culasse (2) selon la revendication 10, dans laquelle le dispositif (4) est amovible ou monobloc avec la culasse (2). 12. Moteur avec la culasse (2) selon l'une des revendications 10 ou 11.10