Brevet FR2928971A1 — publié le 20090925

"Dispositif d'admission d'air dans un cylindre d'un moteur à combustion interne" La présente invention concerne un dispositif d'admission d'air dans un cylindre d'un moteur à combustion interne. La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif d'admission d'air dans un cylindre d'un moteur à combustion interne, notamment d'un moteur Diesel à injection directe, comportant un conduit d'admission qui s'étend à travers une culasse du moteur et qui comporte un orifice d'entrée destiné io à être relié à un circuit d'admission et un orifice de sortie qui, débouchant dans une face inférieure de la culasse, est délimité par un siège annulaire de soupape destiné à coopérer avec une tête complémentaire d'une soupape d'admission, ladite soupape d'admission étant montée mobile axialement pour obturer 15 sélectivement ledit orifice de sortie afin d'établir ou non une communication entre le conduit d'admission et le cylindre associé, le conduit d'admission comportant une paroi interne de séparation apte à générer un mouvement aérodynamique de type "swirl" qui, globalement d'orientation verticale, s'étend dans le conduit depuis 20 l'orifice d'entrée jusqu'à déboucher dans un tronçon final du conduit qui s'étend axialement jusqu'à l'orifice de sortie et à l'intérieur duquel s'étend axialement la soupape d'admission. On connaît de nombreux dispositifs d'admission d'air de ce type pour des moteurs à combustion interne. 25 En effet, dans les moteurs à combustion interne, qu'il s'agisse des moteurs à essence ou plus particulièrement des moteurs Diesel à injection directe, il est nécessaire, pour assurer un mélange correct entre l'air et le carburant dans le cylindre, d'imprimer à l'air un mouvement de rotation dans la chambre de 30 combustion. Conventionnellement, ce mouvement de rotation autour d'un axe parallèle à l'axe du cylindre, est caractérisé par le 2 rapport de la vitesse de rotation de l'air dans le cylindre à la vitesse de rotation du moteur. On appelle "rapport de tourbillonnement" ou plus généralement "swirl", le rapport entre la vitesse de rotation de l'air créée à l'admission et la vitesse de rotation du moteur. Dans un moteur Diesel à injection directe, un tel rapport de tourbillonnement ou swirl, nécessaire au moment de la phase d'injection, est particulièrement souhaité pour le fonctionnement du moteur à faible charge. io On définit encore la perméabilité dans un cylindre de moteur à combustion, en particulier de moteur Diesel, comme étant le rapport de la section effective de passage dégagée par la soupape d'admission à la section transversale du cylindre. La perméabilité dépend donc, non seulement de la différence de 15 pression de part et d'autre de la soupape d'admission, mais également du débit d'air admis dans le cylindre. Or, une augmentation du swirl est généralement associée à une chute importante de la perméabilité, en raison d'une diminution de la section de passage à l'admission. 20 Lors du dimensionnement d'un moteur Diesel à injection directe, on cherche généralement à optimiser tout d'abord le fonctionnement du moteur à pleine charge. Toutefois, on peut également choisir une valeur de swirl qui représente un compromis sur l'ensemble de la plage de 25 fonctionnement du moteur, avec un ou deux conduits d'admission. Cette valeur de swirl ne correspond cependant pas, dans ce cas, à la valeur optimale qui serait nécessaire pour les fortes charges, ni pour les charges faibles. La présente invention vise notamment à résoudre les 30 inconvénients des solutions de l'état de la technique et plus particulièrement à proposer une solution simple, efficace et économique permettant d'étendre la plage de variation du swirl 3 selon la charge ou pour un niveau de swirl donné, à optimiser la perméabilité du conduit d'admission. Dans ce but, l'invention propose un dispositif d'admission d'air dans un cylindre d'un moteur à combustion interne du type décrit précédemment, caractérisé en ce que la paroi interne de séparation comporte, à son extrémité débouchant dans le tronçon final du conduit d'admission, un bord de fuite qui s'étend axialement depuis la culasse vers le cylindre et qui présente, suivant un plan de coupe axiale A-A donné, un profil déterminé io comportant successivement, une première partie supérieure qui s'étend axialement de manière rectiligne, une deuxième partie intermédiaire qui s'étend transversalement vers l'extérieur de manière rectiligne et une troisième partie inférieure qui s'étend globalement axialement depuis la deuxième partie jusqu'au siège 15 de soupape suivant une forme globalement ogivale. Avantageusement, un tel profil de bord de fuite est apte à optimiser l'interaction se produisant en amont de l'orifice de sortie, autour de la soupape d'admission, entre chacun des flux d'air d'admission débouchant dans le tronçon final axial après 20 avoir respectivement parcouru, depuis son orifice d'entrée, le conduit d'admission en circulant dans les portions interne et externe de conduit situées de part et d'autre de la paroi interne de séparation du conduit d'admission. Selon d'autres caractéristiques de l'invention 25 - la troisième partie inférieure du bord de fuite s'étend axialement sur une hauteur donnée dont la valeur est comprise entre 25% et 35% de la hauteur totale du bord de fuite de la paroi interne de séparation ; - la troisième partie inférieure de forme ogivale du bord de 30 fuite présente un rayon moyen de courbure ayant une valeur donnée qui est sensiblement inférieure à la valeur du diamètre moyen du conduit d'admission ; 4 - la première partie supérieure du bord de fuite s'étend axialement de manière rectiligne au plus près de la soupape d'admission transversalement adjacente ; - le conduit d'admission et la paroi interne de séparation sont obtenus par fonderie de manière que la paroi de séparation est, venue de matière, en une seule pièce avec la culasse comportant le conduit d'admission ; - le profil déterminé du bord de fuite de la paroi interne de séparation est obtenu par usinage ; io - la paroi interne de séparation du conduit d'admission délimite respectivement une portion, dite interne, de conduit et une portion, dite externe, de conduit qui débouchent toutes deux sensiblement tangentiellement dans le cylindre ; - le conduit d'admission comporte des moyens d'obturation 15 aptes à obturer sélectivement tout ou partie d'au moins l'une des portions, externe ou interne, du conduit d'admission ; - les moyens d'obturation sont associés à celle, dite interne, des portions de conduit qui est la plus proche de l'axe X-X du cylindre ; 20 - les moyens d'obturation sont constitués par un clapet mobile en translation du type guillotine qui est agencé au voisinage de l'orifice d'entrée du conduit d'admission. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la 25 compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique de dessus qui représente un cylindre et un conduit d'admission d'air comportant une paroi interne de séparation et qui illustre, avant usinage, un 30 exemple de réalisation du bord de fuite selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe axiale selon le plan A-A du cylindre et du conduit d'admission représentés à la figure 1 qui illustre le profil déterminé du bord de fuite de la paroi. Dans la description et les revendications, on utilisera à titre non limitatif les termes "supérieur" et "inférieur", etc. et les orientations "longitudinale", "verticale" et "transversale" pour désigner respectivement des éléments par rapport au trièdre (L, 5 V, T) représenté sur les figures et selon les définitions données dans la description. On a représenté schématiquement à la figure 1, un dispositif 10 d'admission d'air dans un cylindre 12 d'un moteur à combustion interne 14. io De préférence, le moteur à combustion interne 14 est un moteur du type Diesel et à injection directe. De manière connue, un tel moteur 14 comporte au moins une chambre de combustion 16 qui est délimitée radialement par la paroi cylindrique interne 18 du cylindre 12 et axialement, d'une 15 part, par la face supérieure d'un piston 20 et par une face inférieure 22 d'une culasse 24 destinée à recouvrir une partie dite "bloc-moteur" 26 dans laquelle est réalisé ledit au moins un cylindre 12. Le moteur 14 comporte un conduit d'admission 28 qui 20 s'étend à travers la culasse 24 du moteur et qui comporte respectivement un orifice d'entrée 30 destiné à être relié à un circuit d'admission (non représenté) et un orifice de sortie 32 par l'intermédiaire duquel le conduit d'admission 28 débouche dans la face inférieure 22 de la culasse 24. 25 Le moteur 14 comporte une soupape d'admission 34 qui est montée mobile axialement, c'est-à-dire verticalement selon le trièdre L, V, T, pour obturer sélectivement l'orifice de sortie 32 afin d'établir ou non une communication entre le conduit d'admission 28 et le cylindre associé 12. 30 La soupape d'admission 34 comporte une tête 36 au dessus de laquelle s'étend axialement une tige 38 dont la partie supérieure est montée dans un guide de soupape 40 qui est agencé dans un puits 42 réalisé dans la culasse 24, globalement à l'aplomb de l'orifice de sortie 32. L'orifice de sortie 32 est délimité par un siège annulaire de soupape 44 qui est destiné à coopérer avec la tête tronconique 36 complémentaire de la soupape d'admission 34. Le conduit d'admission 28 comporte une paroi interne de séparation 46 qui, globalement d'orientation verticale, est apte à générer un mouvement aérodynamique de type "swirl". La paroi interne de séparation 46 s'étend ainsi à l'intérieur io de l'ensemble du conduit d'admission 28 qu'elle divise en deux portions de conduit distinctes, respectivement une première portion de conduit, dite interne, 48 et une deuxième portion de conduit, dite externe, 50. La paroi interne de séparation 46 s'étend donc de manière 15 continue entre lesdites portions 48 et 50 et cela depuis l'orifice d'entrée 30 du conduit 28 jusqu'à l'orifice de sortie 32, plus précisément jusqu'à déboucher dans un tronçon final 52 du conduit d'admission 28 qui, après un tronçon coudé du conduit 28, s'étend axialement jusqu'à l'orifice de sortie 32. 20 Le tronçon axial final 52 du conduit d'admission 28 forme un dôme, encore appelé chapelle d'admission, à l'intérieur duquel s'étend axialement la soupape d'admission 34, notamment la partie inférieure de la tige 38 que n'entoure pas le guide de soupape et la tête 36 qui coopère avec le siège 44. 25 De préférence, le conduit d'admission 28 et la paroi interne de séparation 46 sont obtenus brut de fonderie de sorte que la paroi de séparation 46 est, venue de matière, en une seule pièce ou monobloc avec le conduit 28, c'est-à-dire la culasse 24 comportant le conduit d'admission 28. 30 Avantageusement, un tel procédé d'obtention du conduit 28 et de la paroi 46 par fonderie permet de garantir une grande robustesse et une bonne tenue mécanique, avec peu de dispersions et un moindre coût de fabrication. 7 En variante, la paroi interne de séparation 46 du conduit d'admission 28 est une pièce distincte qui est insérée à la coulée, lors de la fabrication par fonderie. Avantageusement, la première portion interne de conduit 48 et/ou la deuxième portion externe de conduit 50 délimitées par la paroi interne de séparation 46 du conduit d'admission 28 débouchent respectivement toutes deux sensiblement tangentiellement dans le cylindre 12. La paroi interne de séparation 46 entraîne la séparation du io flux d'air d'admission entre la première portion interne de conduit 48 et/ou la deuxième portion externe de conduit 50. Avantageusement, le conduit d'admission 28 comporte des moyens d'obturation 54 aptes à obturer sélectivement tout ou partie d'au moins l'une des portions, interne 48 ou externe 50, du 15 conduit d'admission 28 de manière à répartir le flux d'air dans l'une et/ou l'autre des portions. Avantageusement, les moyens d'obturation 54 sont constitués par un clapet, tel qu'un clapet mobile en translation du type guillotine, qui est agencé au voisinage de l'orifice d'entrée 30 20 du conduit d'admission 28. De préférence, les moyens d'obturation 54 sont associés à celle, dite interne 48, des portions de conduit 48, 50 qui est la plus proche de l'axe X-X du cylindre 12, c'est-à-dire la portion de conduit 48 qui débouche dans le cylindre 12 à l'endroit le plus 25 éloigné de la paroi cylindrique interne 18 du cylindre 12. En position de fermeture, l'obturation par le clapet 54 de tout ou partie de la portion interne 48 du conduit provoque une déviation du flux d'air majoritairement ou exclusivement admis vers la portion externe 50 dans laquelle la vitesse de circulation 30 des gaz du flux d'air est de ce fait augmentée. En position d'ouverture du clapet d'obturation 54, un flux d'air circule alors de manière analogue dans chacune des deux portions interne 48 et externe 50 8 Lorsque les deux flux d'air se rejoignent après la paroi interne de séparation 46, en sortie du conduit d'admission 28, ces flux interagissent entre eux pour créer un mouvement de type "swirl". Or, la paroi interne de séparation 46 comporte, à son extrémité débouchant dans le tronçon final 52 du conduit d'admission 28, un bord de fuite 56 dont la forme participe à l'interaction se produisant entre chacun des flux. Avantageusement, le bord de fuite 56 de la paroi interne io de séparation 46 s'étend axialement depuis la culasse 24 vers le cylindre 12 et présente, suivant un plan de coupe axiale A-A donné, un profil déterminé. Conformément à l'invention, le profil déterminé du bord de fuite 56 de la paroi interne de séparation 46 comporte 15 successivement, de haut en bas selon la direction axiale, une première partie supérieure 58 qui s'étend axialement de manière rectiligne, une deuxième partie intermédiaire 60 qui s'étend transversalement vers l'extérieur de manière rectiligne et une troisième partie inférieure 62 qui s'étend globalement axialement 20 depuis la deuxième partie 60 jusqu'au siège de soupape 44 suivant une forme globalement ogivale. Avantageusement, la troisième partie inférieure 62 du bord de fuite 56 s'étend axialement sur une hauteur "h" donnée dont la valeur est comprise entre 25% et 35% de la hauteur totale "H" du 25 bord de fuite 56 de la paroi interne de séparation 46 formée des première, deuxième et troisième parties. De préférence, la troisième partie inférieure 62 du bord de fuite 56 s'étend axialement sur une hauteur "h" donnée dont la valeur est égale au tiers de la hauteur totale "H" du bord de fuite 30 56. Comme on peut le voir sur la coupe de la figure 2, la troisième partie inférieure 62 de forme ogivale présente un profil concave qui s'élargit axialement en direction du cylindre 12. 9 Avantageusement, la troisième partie inférieure 62 de forme ogivale du bord de fuite 56 présente un rayon moyen de courbure "R" ayant une valeur donnée qui est sensiblement inférieure à la valeur du diamètre moyen "D" du conduit d'admission 28. De préférence, la première partie supérieure 58 du bord de fuite 56 s'étend axialement de manière rectiligne au plus près de la soupape d'admission 34 qui lui est transversalement adjacente. Ainsi, la première partie supérieure 58 du bord de fuite 56 io s'étend axialement, d'une part, globalement dans le prolongement du guide de soupape 40 et, d'autre part, globalement parallèlement à la partie inférieure adjacente de la tige axiale 38 de la soupape d'admission 34 qui s'étend dans le tronçon final 52 du conduit 28. 15 Avantageusement, par un profil selon l'invention, on optimise l'interaction entre les flux d'air issus des portions interne 48 et externe 50 du conduit 28 que divise la paroi interne de séparation 46 sans affecter la perméabilité du conduit d'admission 28. 20 Grâce au profil déterminé du bord de fuite 56, notamment la troisième partie ogivale, qui s'ouvre axialement en direction du cylindre 12, le flux d'air va être dirigé vers la partie radialement externe de la tête 36 de la soupape d'admission 34 qui est apte à générer un important mouvement de swirl. 25 Avantageusement, la première partie 58 du profil en étant adjacente, au plus proche, de la tige 38 de la soupape d'admission 34 permet de favoriser l'arrosage de la tête de soupape 36, optimisant ainsi la perméabilité du conduit d'admission 28. 30 Avantageusement, le profil déterminé du bord de fuite 56 de la paroi interne de séparation 46 est obtenu de manière simple et économique directement par un usinage de la paroi 46 et du 2928971 i0 conduit d'admission 28, de préférence obtenu respectivement brut de fonderie pour en garantir la robustesse. Avantageusement, l'usinage du profil du bord de fuite 56 est réalisé, avant ou après, d'autres opérations d'usinage 5 destinées à réaliser le puits 42 de la culasse 24 destiné à recevoir le guide de soupape 40, le logement du siège annulaire de soupape 44 ou encore la rectification de la géométrie du tronçon final 52 du conduit 28. Par exemple, on réalise tout d'abord, sur une culasse 24 io brute (dont la face inférieure 22 a généralement été préalablement pré-usinée), une première opération d'usinage pour usiner simultanément le logement du siège 44 et le logement du guide de soupape 40 ainsi que la première partie supérieure 58 du profil du bord de fuite 56. 15 Puis, lors d'une deuxième opération d'usinage destinée notamment au calibrage du tronçon axial 52 du conduit 28, on usine avantageusement les deuxième et troisième parties 60 et 62 du bord de fuite 56, en particulier la forme ogivale de la troisième partie inférieure 62. 20 Bien entendu, les première et deuxième opérations d'usinage précitées pourraient être réalisées dans l'ordre inverse. L'invention propose un dispositif d'admission d'air 10 dans un cylindre 12, comportant un conduit d'admission 28 à travers une culasse 24 qui comporte une paroi interne de séparation 46 25 qui, globalement d'orientation verticale, s'étend dans le conduit 28, caractérisé en ce que la paroi de séparation 46 comporte, à son extrémité débouchant dans un tronçon final 52 du conduit 28, un bord de fuite 56 qui s'étend axialement depuis la culasse 24 vers le cylindre 12 et qui présente, suivant un plan de coupe 30 axiale A-A donné, un profil déterminé comportant successivement, une partie axiale rectiligne 58, une partie transversale 60 rectiligne et une partie axiale 62 qui s'étend suivant une forme globalement ogivale. REVENDICATIONS 1. Dispositif (10) d'admission d'air dans un cylindre (12) d'un moteur (14) à combustion interne, notamment d'un moteur Diesel à injection directe, comportant un conduit d'admission (28) qui s'étend à travers une culasse (24) du moteur et qui comporte un orifice d'entrée (30) destiné à être relié à un circuit d'admission et un orifice de sortie (32) qui, débouchant dans une face inférieure (22) de la culasse (24), est délimité par un siège annulaire de soupape (44) destiné à coopérer avec une tête (36) io complémentaire d'une soupape d'admission (34), ladite soupape d'admission (34) étant montée mobile axialement pour obturer sélectivement ledit orifice de sortie (32) afin d'établir ou non une communication entre le conduit d'admission (28) et le cylindre (12) associé, le conduit d'admission (28) comportant une paroi 15 interne de séparation (46) apte à générer un mouvement aérodynamique de type "swirl" qui, globalement d'orientation verticale, s'étend dans le conduit (28) depuis l'orifice d'entrée (30) jusqu'à déboucher dans un tronçon final (52) du conduit qui s'étend axialement jusqu'à l'orifice de sortie (32) et à l'intérieur 20 duquel s'étend axialement la soupape d'admission (34), caractérisé en ce que la paroi interne de séparation (46) comporte, à son extrémité débouchant dans le tronçon final (52) du conduit d'admission (28), un bord de fuite (56) qui s'étend axialement depuis la culasse (24) vers le cylindre (12) et qui 25 présente, suivant un plan de coupe axiale (A-A) donné, un profil déterminé comportant successivement, une première partie (58) supérieure qui s'étend axialement de manière rectiligne, une deuxième partie (60) intermédiaire qui s'étend transversalement vers l'extérieur de manière rectiligne et une troisième partie (62) 30 inférieure qui s'étend globalement axialement depuis la deuxième partie (60) jusqu'au siège (44) de soupape suivant une forme globalement ogivale. 12 2. Dispositif (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la troisième partie inférieure (62) du bord de fuite (56) s'étend axialement sur une hauteur (h) donnée dont la valeur est comprise entre 25% et 35% de la hauteur totale (H) du bord de fuite (56) de la paroi interne de séparation (46). 3. Dispositif (10) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la troisième partie inférieure (62) de forme ogivale du bord de fuite (56) présente un rayon moyen de courbure (R) ayant une valeur donnée qui est sensiblement inférieure à la valeur du diamètre moyen (D) du conduit d'admission (28). 4. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la première partie supérieure (58) du bord de fuite (56) s'étend axialement de manière rectiligne au plus près de la soupape d'admission (34) transversalement adjacente. 5. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit d'admission (28) et la paroi interne de séparation (46) sont obtenus par fonderie de manière que la paroi de séparation (46) est, venue de matière, en une seule pièce avec la culasse (24) comportant le conduit d'admission (28). 6. Dispositif (10) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le profil déterminé du bord de fuite (56) de la paroi interne de séparation (46) est obtenu par usinage. 7. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi interne de séparation (46) du conduit d'admission (28) délimite respectivement une portion, dite interne, (48) de conduit et une portion, dite externe, (50) de conduit qui débouchent toutes deux sensiblement tangentiellement dans le cylindre (12). 8. Dispositif (10) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le conduit d'admission (28) comporte des moyens 13 d'obturation (54) aptes à obturer sélectivement tout ou partie d'au moins l'une (48) des portions, externe ou interne, du conduit d'admission (28). 9. Dispositif (10) selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens d'obturation (54) sont associés à celle (48), dite interne, des portions (48, 50) de conduit qui est la plus proche de l'axe (X-X) du cylindre (12). 10. Dispositif (10) selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que les moyens d'obturation (54) sont lo constitués par un clapet mobile en translation du type guillotine qui est agencé au voisinage de l'orifice d'entrée (30) du conduit d'admission (28).