Brevet FR2932219A3 — publié le 20091211

FR 2932219 A3 20091211 FR 0853800 A 20080609 - 1 - DISPOSITIF D'ADMISSION D'AIR A CONDUIT DIVISE EN PARTIES DISYMETRIQUES La présente invention est relative à un conduit d'admission d'air dans un cylindre de moteur à combustion, en particulier pour moteur Diesel à injection directe, n'ayant qu'un seul conduit d'admission par cylindre, qui débouche de façon tangentielle dans la chambre de combustion Plus précisément, elle a pour objet un dispositif d'admission d'air pour moteur à combustion interne, comportant un seul conduit d'admission reliant la culasse du moteur à la zone d'admission dans le cylindre et débouchant tangentiellement dans celui-ci, qui peut être obturé par une soupape d'admission, et une paroi interne de séparation verticale divisant le conduit en deux parties jusqu'à proximité de l'axe de la soupape. Le mouvement de rotation autour de l'axe du cylindre, ou mouvement de swirl, est un mouvement tourbillonnaire imprimé aux gaz d'admission à leur entrée dans la chambre de combustion. Ce mouvement est nécessaire pour assurer un mélange satisfaisant entre le carburant et les gaz d'admission, notamment dans le cas des moteurs Diesel au moment de la phase d'injection, particulièrement lorsque le moteur fonctionne à faible charge. On parle ainsi de rapport de swirl, pour caractériser le rapport de la vitesse de rotation de l'air dans le cylindre, à la vitesse de rotation du moteur. - 2 - On définit par ailleurs la perméabilité d'un cylindre de moteur à combustion interne, comme le rapport entre le débit d'air qui aurait été admis dans des conditions idéales, c'est-à-dire sans pertes de charge, et le débit effectivement admis dans le cylindre. Lors du dimensionnement d'un moteur, on peut viser à optimiser son fonctionnement à pleine charge, où le swirl n'est pas prioritaire, ou au contraire, rechercher une valeur de swirl plus favorable aux faibles charges, mais diminuant la perméabilité. Un compromis est donc recherché entre le swirl et la perméabilité. Par la publication EP 1 247 957, on connaît un dispositif d'admission à conduit tangentiel, qui permet d'obtenir naturellement un niveau de swirl suffisant associé à une perméabilité élevée, au travers de la présence d'une paroi de séparation verticale sur toute la longueur du conduit d'admission. La paroi fixe, peut être réalisée brute de fonderie, ou rapportée à la coulée. Elle contribue à un meilleur remplissage du moteur, pour les charges élevées de celui-ci. Son effet sur la perméabilité est donc positif, sur tous les points de fonctionnement du moteur. Toutefois, le flux du conduit intérieur a moins d'impact sur le swirl, que celui du conduit extérieur, car il débouche dans une zone moins périphérique du cylindre. Pour assurer une perméabilité (débit) maximale, lorsque le niveau de swirl est bas, tout en maintenant une perméabilité la plus élevée possible lorsque le swirl est élevé, il a déjà été proposé de faire varier la géométrie du conduit en cours de fonctionnement en le déformant, ou en déplaçant une paroi à l'intérieur de celui-ci. Toutefois, les systèmes à swirl variable connus, ne permettent pas d'assurer le meilleur compromis swirl / perméabilité, sur toute la plage de fonctionnement du moteur. La présente invention vise à proposer une nouvelle architecture de conduit d'admission, à paroi de séparation interne, propre à optimiser un système de swirl variable, sur la plage de fonctionnement du moteur. Dans ce but, elle propose que les deux parties du conduit aient un profil dissymétrique, avec de préférence des sections différentes sur l'ensemble de leur longueur. Selon un mode de réalisation particulier, la partie du conduit la plus proche du fût du cylindre, a une section plus importante que la partie la plus proche du centre. La partie de conduit la plus proche du centre peut avantageusement être obturée par un volet placé à distance de son arrivée dans le cylindre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels : - 4 - - la figure 1 correspond à une coupe longitudinale d'un conduit d'admission tangentiel, passant pas un plan diamétral de celui-ci, la figure 2 est une coupe transversale du 5 conduit selon A-A de la figure 1, les figures 3A à 3C, illustrent un pilotage on/off du volet de swirl, et les figures 4A à 4C illustrent un pilotage continu de celui-ci. 10 Sur les figures 1 et 2, on a représenté le même un dispositif d'admission d'air pour moteur à combustion interne, comportant un seul conduit d'admission 1 reliant la culasse du moteur (non représentée), à sa zone d'admission 2 (ou chapelle 2), dans le cylindre 3. 15 Le conduit 1 débouche tangentiellement dans le cylindre, et il peut être obturé par une soupape d'admission 4, actionnée par l'intermédiaire de sa tige de soupape 4a. Une paroi interne de séparation verticale 6 divise le conduit en deux parties la, lb, jusqu'à proximité de 20 l'axe de la soupape 4a. Enfin, on note la présence d'un volet 7, à l'entrée du conduit intérieur lb. Conformément aux schémas, la partie du conduit la, la plus proche du fût 3a du cylindre 3, a une section plus importante que la partie lb, la plus proche de son 25 centre. Les deux parties la, lb du conduit peuvent ainsi avoir des sections différentes, avec un profil différencié, non seulement aux abords de la chapelle d'admission 2, mais sur toute leur longueur. - 5 - Selon les essais effectués, la répartition optimale des sections pour obtenir le compromis recherché, consiste à attribuer 57% de la section totale du conduit à la partie la plus large la. Toutefois d'excellents résultats sont obtenus entre 54% et 61%. Comme indiqué plus haut, une des deux parties du volet, à savoir la partie la plus étroite lb, peut être obturée par un volet de swirl 7 placé à distance de son arrivée dans le cylindre. Dans le cadre de l'invention, la position du volet 7 être pilotée en fonction de la charge du moteur, entre une position d'ouverture complète et une position de fermeture complète, soit selon un pilotage on/off (cf. figures 3a à 3C), soit selon un pilotage continu (cf. figures 4A à 4C). Dans le premier cas, le volet bascule directement dans les deux sens entre une position d'ouverture complète aux faibles charges du moteur, et une position de fermeture complète aux fortes charges. Conformément à la figure 3A, le basculement du volet peut avantageusement intervenir (dans les deux sens) au passage par une charge intermédiaire d'environ 30% de la charge maximale. La figure 3B met en évidence l'impact de la dissymétrie du conduit sur la perméabilité lorsque le volet est fermé (faibles charges), avec une répartition de sections entre les parties du conduit de 50/50 (courbe a), de 57/43 (courbe b), et de 7 0 / 3 0 (courbe c). La figure 3C illustre la baisse du niveau de swirl lorsqu'on passe d'une répartition de 57/43 ou 50/50 (courbe i) à une répartition différente de 70/30 (courbe J) Dans le deuxième cas le volet passe progressivement dans les deux sens, entre une position d'ouverture complète aux faibles charges du moteur, et une position de fermeture complète entre une charge intermédiaire et la charge maximale. L'ouverture du volet peut ainsi être opérée progressivement entre une charge a d'environ 10%, et une charge a d'environ 50%. Ce déplacement est illustré par la figure 4A. La figure 4B met en évidence l'influence de la répartition sur la perméabilité en période transitoire : courbe 1 répartition = 50/50, courbe m répartition = 57/43, et courbe n répartition = 70/30. Enfin la figure 4C montre que le niveau de swirl est plus élevé en période transitoire pour une répartition de 57/43 ou 50/50 (courbe r), que de 70/30 (courbe s). En conclusion, la séparation du conduit en deux parties de sections différentes, permet de mettre en oeuvre un swirl variable à une soupape par cylindre, apte à maintenir un très bon compromis swirl / perméabilité, sur une large plage de variation du niveau de swirl. Les différentes courbes annexées mettent en évidence l'effet de la répartition des sections entre les deux parties du conduit, sur la perméabilité et le swirl, tant en position complètement fermée du volet qu'en période transitoire de fermeture ou d'ouverture. REVENDICATIONS1. Dispositif d'admission d'air pour moteur à combustion interne, comportant un seul conduit d'admission (1) reliant la culasse du moteur à la zone d'admission (2) dans le cylindre (3) et débouchant tangentiellement dans celui-ci, qui peut être obturé par une soupape d'admission (4), et une paroi interne de séparation verticale (6) divisant le conduit en deux parties (la, lb) jusqu'à proximité de l'axe (4a) de la soupape, caractérisé en ce que les deux parties (la, lb) du conduit (1) ont un profil dissymétrique, et des sections différentes sur l'ensemble de leur longueur. 2. Dispositif d'admission selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie du conduit (la) la plus proche du fût (3a) du cylindre (3), a une section plus importante que la partie (lb) la plus proche de son centre. 3. Dispositif d'admission selon la revendication 2, caractérisé en ce que la section de la partie la plus importante (la) du conduit (1) est comprise entre 54% et 61% de la section totale du conduit. 4. Dispositif d'admission selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la partie de conduit la plus proche (lb) du centre est obturée par un volet (7) placé à distance de son arrivée dans le cylindre. 5. Dispositif d'admission selon la revendication 4, caractérisé en ce que la position du volet (7) est pilotée en fonction de la charge (a) du moteur entre une- 8 - position d'ouverture complète et une position de fermeture complète. 6 .Dispositif d'admission selon la revendication 5, caractérisé en ce que le volet (7) bascule directement dans les deux sens entre une position d'ouverture complète aux faibles charges (a) du moteur, et une position de fermeture complète aux fortes charges. 7. Dispositif d'admission selon la revendication 6, caractérisé en ce que le basculement du volet (7) est opéré au passage par une charge (a) intermédiaire d'environ 30% de la charge maximale. 8. Dispositif d'admission selon la revendication 5, caractérisé en ce que le volet (7) passe progressivement dans les deux sens, entre une position d'ouverture complète aux faibles charges (a) du moteur, et une position de fermeture complète entre une charge intelmédiaire et la charge maximale. 9. Dispositif d'admission selon la revendication 20 8, caractérisé en ce que, l'ouverture du volet (7) est opérée progressivement entre une charge (a) d'environ 10%, et une charge (a) d'environ 50%.