Brevet FR2926333A3 — publié le 20090717

FR 2926333 A3 20090717 FR 0850215 A 20080115 "Système d'admission comportant un conduit d'admission générateur de mouvement tourbillonnaire" L'invention propose un système d'admission de gaz dans au moins une chambre de combustion cylindrique d'axe vertical d'un moteur à combustion, le système d'admission comportant un conduit d'admission qui débouche dans la chambre de combustion par un orifice d'admission et qui comporte un tronçon de forme hélicoïdale conformé pour que le flux de gaz pénètre dans la chambre de combustion, selon un mouvement tourbillonnaire io d'axe principal vertical globalement centré sur l'orifice d'admission. L'optimisation de la combustion dans les moteurs à combustion, et notamment dans les moteurs diesel, nécessite de favoriser le mélange air/carburant dans la chambre de 15 combustion. Dans ce but, il est connu de favoriser le mélange de l'air et du carburant par la formation, dans le cylindre, d'un mouvement tourbillonnaire dit de "swirl" dans lequel les gaz contenus dans le cylindre sont animés d'un mouvement de rotation autour d'un axe 20 sensiblement parallèle à l'axe du cylindre. Pour aboutir à un fonctionnement optimal du moteur, il est nécessaire de considérer l'ensemble des paramètres qui régissent l'aérodynamique interne du cylindre, c'est-à-dire l'écoulement des différents fluides dans le cylindre au cours d'un cycle moteur, en 25 tenant notamment compte de la forme de la culasse, des ouvertures et fermetures des soupapes d'admission et d'échappement, de la position et de l'orientation de l'injecteur et des mouvements alternatifs du piston. Le mouvement tourbillonnaire est notamment créé en fin de 30 compression, et particulièrement durant la phase d'injection du carburant, par l'écoulement des gaz dans la chambre de combustion réalisée dans la tête du piston. 2 Cependant, l'amplitude du mouvement tourbillonnaire réduit la perméabilité du système d'admission, c'est-à-dire la quantité de gaz d'admission pouvant pénétrer dans la chambre de combustion. En effet, les composantes tangentielles de vitesse du mouvement de "swirl" sont relativement importantes, tandis que les composantes de vitesses axiales sont limitées. L'invention a pour but de proposer un système d'admission apte à produire un mouvement tourbillonnaire de "swirl", dont la io perméabilité est améliorée. Dans ce but, l'invention propose un système d'admission tel que décrit précédemment, caractérisé en ce que le conduit d'admission comporte un tronçon aval reliant le tronçon hélicoïdal à l'orifice d'admission, qui est conformé pour modifier l'orientation 15 du flux de gaz débouchant par l'orifice d'admission par rapport à l'orientation du flux de gaz débouchant du tronçon hélicoïdal. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - le tronçon aval forme une rampe de déviation du flux de gaz ; 20 - le tronçon aval est conformé de manière à réduire la composante tangentielle de vitesses du flux de gaz débouchant au niveau de l'orifice d'admission par rapport à la composante tangentielle de vitesses du flux de gaz débouchant du tronçon hélicoïdal ; 25 - le tronçon aval est conformé de manière à augmenter la composante axiale de vitesses du flux de gaz débouchant au niveau de l'orifice d'admission par rapport à la composante axiale de vitesses du flux de gaz débouchant du tronçon hélicoïdal ; - l'axe principal du tronçon hélicoïdal est sensiblement 30 coaxial à l'axe d'une soupape d'obturation de l'orifice d'admission et dans lequel le conduit d'admission comporte un tronçon amont globalement rectiligne dont l'axe principal est d'orientation radiale par rapport à l'axe principal de la soupape, et l'extrémité amont 3 du tronçon aval est située dans un plan radial par rapport à l'axe principal de la soupape, qui délimite, avec le plan radial passant par l'axe principal du tronçon amont, un angle dont la valeur est comprise entre quatre-vingt et cent vingt degrés ; - l'extrémité amont du tronçon aval est située dans un plan radial par rapport à l'axe principal de la soupape, qui délimite, avec le plan radial passant par l'axe principal du tronçon amont, un angle dont la valeur est d'environ cent degrés ; - l'extrémité aval du tronçon aval est située dans un plan io radial par rapport à l'axe principal de la soupape, qui délimite, avec le plan radial passant par l'axe principal du tronçon amont, un angle dont la valeur est comprise entre deux cent et deux cent quarante degrés ; -l'extrémité aval du tronçon aval est située dans un plan 15 radial par rapport à l'axe principal de la soupape, qui délimite, avec le plan radial passant par l'axe principal du tronçon amont, un angle dont la valeur est d'environ deux cent vingt degrés ; - la paroi du tronçon radial au niveau de l'extrémité aval du tronçon aval est inclinée par rapport à la normale au plan de 20 l'orifice d'admission selon un angle dont la valeur est d'environ vingt degrés. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées 25 parmi lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique en perspective d'un conduit d'admission générateur de mouvement tourbillonnaire selon l'art antérieur ; - la figure 2 est une vue axiale d'un conduit d'admission 30 selon l'invention - la figure 3 est une vue en bout du conduit d'admission selon l'invention représenté à la figure 2. 4 Dans la description qui va suivre, des éléments identiques, similaires ou analogues seront désignés par les mêmes chiffres de référence. On a représenté à la figure 1 un système d'admission 10 pour moteur à combustion selon l'état de la technique qui est réalisé dans une soupape du moteur et qui comporte un conduit d'admission 12 débouchant dans la chambre de combustion 14 du moteur par un orifice d'admission 22. La chambre de combustion 14 est cylindrique et son axe io principal A est orienté ici verticalement, elle est délimitée notamment par une face supérieure circulaire 16. Le conduit d'admission 12, par l'intermédiaire duquel des gaz d'admission pénètrent dans la chambre de combustion 14 comporte un tronçon amont 18, et un tronçon 20 de forme 15 hélicoïdale conformé pour que le flux de gaz pénètre dans la chambre de combustion 14, selon un mouvement tourbillonnaire d'axe principal B vertical globalement centré sur l'orifice d'admission 22. Cet axe B sera appelé par la suite "axe d'admission". 20 Le système d'admission 10 comporte aussi une soupape (non représentée) d'obturation de l'orifice d'admission 22 qui est mobile en coulissement le long de l'axe B d'admission. Le tronçon hélicoïdal 20 est conformé de manière qu'il s'enroule autour d'un fût cylindrique 24 coaxial à l'axe B 25 d'admission, permettant le guidage de la soupape en coulissement par rapport à la culasse. Le conduit d'admission 12 est ici conformé de manière que le tronçon hélicoïdal 20 débouche directement dans la chambre de combustion 14 par l'orifice d'admission 22. 30 Ainsi, en pénétrant dans la chambre de combustion, les gaz d'admission sont orientés principalement tangentiellement à l'axe B d'admission, et dans une moindre partie parallèlement à l'axe B d'admission. Bien qu'un tel mouvement tourbillonnaire des gaz d'admission permette d'améliorer le mélange des gaz d'admission avec le carburant, ce mouvement limite la quantité de gaz alimentant la chambre de combustion 14. 5 C'est pourquoi, selon l'invention, et comme on l'a représenté aux figures 2 et suivantes, le conduit d'admission 12 selon l'invention comporte un tronçon aval 26, qui prolonge le conduit hélicoïdal 20, et qui est réalisé de manière à augmenter la composante de vitesse axiale des gaz d'admission. io Le tronçon aval 26 est réalisé de manière à former une rampe modifiant l'orientation des gaz d'admission, pour les rediriger principalement axialement, mais sans supprimer totalement la composante tangentielle permettant un mouvement tourbillonnaire. 15 Ici, comme on peut le voir à la figure 3, le tronçon aval 26 forme une rampe incurvée, la concavité dirigée vers la chambre de combustion 14. Selon une variante de réalisation, le tronçon aval 26 forme une rampe rectiligne. Pour que les gaz d'admission conservent en partie la 20 composante tangentielle des vitesses, le tronçon aval 26 est conformé de manière que sa face d'extrémité aval est inclinée par rapport à un axe vertical perpendiculaire au plan de l'orifice d'admission 22, au niveau de la liaison entre le tronçon aval 26 et l'orifice d'admission 22, comme on peut le voir à la figure 3. 25 A titre d'exemple non limitatif, la valeur de l'angle Al d'inclinaison de la face d'extrémité aval du tronçon aval 26, au niveau de la liaison du tronçon aval 26 avec l'orifice d'admission 22 est d'environ vingt degrés. Ainsi, la composante de vitesses des gaz d'admission, 30 prise tangentiellement par rapport à l'axe B d'admission, ou composante tangentielle, et mesurée au niveau de l'orifice d'admission 22 est inférieure à la composante tangentielle des 6 gaz d'admission mesurée au niveau de la liaison entre le tronçon hélicoïdal et le tronçon aval 26. De plus, la composante de vitesses des gaz d'admission, prise parallèlement à l'axe B d'admission, ou composante axiale, et mesurée au niveau de l'orifice d'admission 22 est inférieure à la composante axiale des gaz d'admission mesurée au niveau de la liaison entre le tronçon hélicoïdal et le tronçon aval 26. On a représenté à la figure 2 un exemple de réalisation non limitatif du conduit d'admission 12 selon l'invention. io Ici, le tronçon amont 18 du conduit d'admission est orienté en direction de l'axe B d'admission, c'est-à-dire que sont plan principal médian est un plan radial par rapport à l'axe B d'admission. L'extrémité amont 26a du tronçon aval 26, est située au 15 niveau de la liaison de la paroi du tronçon aval 26 avec la chapelle 28 du conduit d'admission 12, c'est-à-dire la partie du volume située au dessus de l'orifice d'admission 22. L'extrémité aval 26b du tronçon aval 26 est située au niveau de la liaison de la paroi du tronçon aval 26 avec l'orifice 20 d'admission 22. A titre d'exemple non limitatif, la valeur de l'angle A2 délimité par le plan radial médian du tronçon amont 18 et un plan radial par rapport à l'axe B d'admission, comprenant l'extrémité amont 26a du tronçon aval 26, est comprise entre quatre-vingt et 25 cent vingt degrés. Plus particulièrement, la valeur de cet angle A2 est de environ cent degrés. La valeur de l'angle A3 délimité par le plan radial médian du tronçon amont 18 et un plan radial par rapport à l'axe B 30 d'admission, comprenant l'extrémité aval 26b du tronçon aval 26, est comprise entre deux cent et deux cent quarante degrés. Plus particulièrement, la valeur de cet angle A3 est de environ deux cent vingt degrés. REVENDICATIONS 1. Système d'admission (10) de gaz dans au moins une chambre de combustion (14) cylindrique d'axe vertical d'un moteur à combustion, le système d'admission (10) comportant un conduit d'admission (12) qui débouche dans la chambre de combustion (14) par un orifice d'admission el: qui comporte un tronçon (20) de forme hélicoïdale conformé pour que le flux de gaz pénètre dans la chambre de combustion (14), selon un mouvement tourbillonnaire d'axe principal vertical globalement centré sur l'orifice d'admission (22), caractérisé en ce que le conduit d'admission (12) comporte un tronçon aval (26) reliant le tronçon hélicoïdal (20) à l'orifice d'admission (22), qui est conformé pour modifier l'orientation du flux de gaz débouchant par l'orifice d'admission (22) par rapport à l'orientation du flux de gaz débouchant du tronçon hélicoïdal (20). 2. Système d'admission (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le tronçon aval (26) forme une rampe de déviation du flux de gaz. 3. Système d'admission (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tronçon aval (26) est conformé de manière à réduire la composante tangentielle de vitesses du flux de gaz débouchant au niveau de l'orifice d'admission (22) par rapport à la composante tangentielle de vitesses du flux de gaz débouchant du tronçon hélicoïdal (20). 4. Système d'admission (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tronçon aval (26) est conformé de manière à augmenter la composante axiale de vitesses du flux de gaz débouchant au niveau de l'orifice d'admission (22) par rapport à la composante axiale de vitesses du flux de gaz débouchant du tronçon hélicoïdal (20). 5. Système d'admission (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'axe principal du tronçon hélicoïdal (20) est sensiblement coaxial à l'axe d'une soupaped'obturation de l'orifice d'admission (22) et dans lequel le conduit d'admission (12) comporte un tronçon amont (18) globalement rectiligne dont l'axe principal est d'orientation radiale par rapport à l'axe principal de la soupape, caractérisé en ce que l'extrémité amont (26a) du tronçon aval (26) est située dans un plan radial par rapport à l'axe principal de la soupape, qui délimite, avec le plan radial passant par l'axe principal du tronçon amont (18), un angle (A2) dont la valeur est comprise entre quatre-vingt et cent vingt degrés. 6. Système d'admission (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'extrémité amont (26a) du tronçon aval (26) est située dans un plan radial par rapport à l'axe principal de la soupape, qui délimite, avec le plan radial passant par l'axe principal du tronçon amont (18), un angle (A2) dont la valeur est d'environ cent degrés. 7. Système d'admission (10) selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l'extrémité aval (26b) du tronçon aval (26) est située dans un plan radial par rapport à l'axe principal de la soupape, qui délimite, avec le plan radial passant par l'axe principal du tronçon amont (18), un angle (A3) dont la valeur est comprise entre deux cent et deux cent quarante degrés. 8. Système d'admission (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'extrémité aval (26b) du tronçon aval (26) est située dans un plan radial par rapport à l'axe principal de la soupape, qui délimite, avec le plan radial passant par l'axe principal du tronçon amont (18), un angle (A3) dont la valeur est d'environ deux cent vingt degrés. 9. Système d'admission (10) selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que la paroi du tronçon radial au niveau de l'extrémité aval (26b) du tronçon aval (26) est inclinée par rapport à la normale au plan de l'orifice d'admission (22) selon un angle (Al) dont la valeur est d'environ vingt degrés.