Brevet FR2941491A1 — publié le 20100730

DISPOSITIF D'ADMISSION D'AIR DANS UN MOTEUR [0001] La présente invention concerne un dispositif d'admission d'air dans un moteur. [0002] Il existe des systèmes permettant de faire tourbillonner l'air dans le plénum d'admission pour optimiser l'homogénéité du mélange air/carburant. Par exemple, le document EP 1 705 364 décrit un circuit d'admission d'air ou d'un mélange air/carburant pour un moteur à combustion interne, qui communique, par la face inférieure d'une culasse, avec les chambres de combustion de plusieurs cylindres du moteur, du type qui comporte un premier conduit d'admission et un deuxième conduit d'admission associés à chaque cylindre, dont au moins le premier conduit d'admission débouche dans la chambre de combustion associée de sorte que le flux de gaz admis forme un mouvement tourbillonnaire ordonné du type "swirl" autour de l'axe de la chambre de combustion. Le circuit comporte aussi un répartiteur de gaz comportant une première chambre qui communique avec chacun des premiers conduits d'admission, une deuxième chambre qui communique avec chacun des deuxièmes conduits d'admission, et un distributeur qui comporte un conduit amont au niveau duquel le flux de gaz d'admission pénètre dans le répartiteur et un premier et un deuxième conduits avals qui débouchent dans la première et la deuxième chambre, respectivement, et qui sont traversés par le premier ou le deuxième flux de gaz, respectivement. Un premier et un deuxième volet mobiles sont agencés dans le distributeur de manière à faire varier sélectivement et de manière sensiblement continue l'intensité dudit mouvement tourbillonnaire et/ou le débit du flux de gaz d'admission pénétrant dans le répartiteur. Toutefois, ce document ne permet pas d'optimiser le remplissage des chambres de combustion. [0003] L'air admis dans le moteur (par exemple, en sortie du refroidisseur du turbocompresseur (dans le cas où le véhicule comprend un turbocompresseur) ou en sortie du filtre à air (si le moteur est atmosphérique)) est distribué dans le plénum d'admission (ou répartiteur d'admission) sur tous les cylindres alors qu'un seul cylindre (sur un temps moteur) en a le besoin. Seul un cylindre (sur un temps moteur) dispose de sa soupape d'admission ouverte pour en effectuer son remplissage. Le remplissage de la chambre n'est pas optimisé car on effectue un remplissage en commun du répartiteur. [0004] Pour tenter de résoudre ce problème, le document US 2005/0241614 décrit un collecteur d'admission d'air avec deux conduits par cylindre. Le premier conduit est ouvert en permanence tandis que l'ouverture du deuxième conduit est piloté par un clapet. Un axe commande les deuxièmes clapets de l'ensemble des cylindres en même temps. Toutefois, l'air n'est pas efficacement dirigé en sein du plénum. [0005] Le document US 6 250 272 décrit des clapets au niveau du plenum pour une vocation acoustique. [0006] Toutefois, aucun des documents ne permet d'optimiser le remplissage de la chambre de combustion concernée par l'admission. [0007] Pour cela, l'invention propose un dispositif d'amission d'air comprenant une arrivée d'un flux d'air, des orifices d'alimentation de chambres de combustion du moteur, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des volets d'aiguillage du flux d'air vers au moins une chambre de combustion du moteur en phase d'admission. [0008] Dans une variante, le dispositif comprend en outre des organes d'entraînement des 15 volets, les organes d'entraînement étant un ou plusieurs actionneurs électriques ou des organes mécaniques reliés à un arbre à came du moteur. [0009] Dans une variante, le dispositif comprend des ressorts de rappel des volets vers une position de repos dans laquelle les volets sont inopérants. [0010] Dans une variante, le dispositif comprend des premiers volets d'aiguillage, chacun 20 des premiers volets aiguillant le flux d'air vers un orifice tout en obturant un autre orifice. Avantageusement, il comprend de plus un volet d'aiguillage en amont des premiers volets, le volet en amont aiguillant le flux d'air vers certaines des chambres de combustion. [001 1] Dans une variante, un volet amont d'aiguillage aiguille le flux d'air vers des paires de chambres de combustion, et en aval, des volets d'aiguillage aiguillent le flux d'air vers 25 l'une des chambres de combustion de la paire de chambre de combustion. [0012] La présente invention a également pour objet un moteur comprenant des chambres de combustion et un dispositif d'admission d'air dans les chambres de combustion tel que défini précédemment, les volets aiguillant le flux d'air vers la chambre de combustion en phase d'admission. [0013] Dans une variante, le moteur comporte en outre un calculateur synchronisant la position des volets avec le cycle d'injection du moteur. [0014] Dans une variante, les volets sont immobilisés en position de repos à partir d'un régime de moteur prédéterminé. [0015] L'invention a par ailleurs pour objet un véhicule équipé du moteur tel que défini précédemment. [0016] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent figures 1 à 4, des vues en coupe d'un dispositif d'admission dans plusieurs positions de fonctionnement. [0017] L'invention se rapporte à un dispositif d'admission d'air d'un moteur, le dispositif comprenant une arrivée d'un flux d'air et des orifices d'alimentation de chambres de combustion du moteur. Le dispositif comprend en outre des volets d'aiguillage du flux d'air vers au moins une chambre de combustion du moteur en phase d'admission. Le dispositif permet donc de créer un chemin préférentiel d'écoulement de l'air jusqu'à la chambre de combustion en phase d'admission. Ceci permet d'optimiser le remplissage de la chambre de combustion en phase d'admission. [0018] L'optimisation du remplissage des chambres permet de limiter la taille de compresseur le cas échéant ainsi que son impact sur la circulation des gaz d'échappement. [0019] Les figures 1 à 4 montrent un dispositif 10 d'admission d'air dans un moteur d'un véhicule. Le dispositif 10 (ou plénum ou répartiteur d'admission) est relié en amont par une arrivée 12 d'un flux d'air à un filtre à air ou à un refroidisseur d'air provenant d'un turbocompresseur. Egalement, du carburant et des gaz d'échappement recyclés peuvent parvenir à l'arrivée 12. L'arrivée 12 peut être une seule ouverture ou une série d'ouvertures. Le dispositif 10 est relié en aval par des orifices d'alimentation 21, 22, 23, 24 de chambres combustion du moteur. A titre d'exemple, quatre orifices 21, 22, 23, 24 d'admission sont représentés, par exemple pour relier le dispositif 10 respectivement à quatre chambres 1, 2, 3, 4 de combustion schématisées en pointillées. Toutefois, on peut envisager plus ou moins de chambres de combustion. On peut aussi envisager un ou plusieurs orifices d'alimentation par chambre de combustion. [0020] Le dispositif 10 comprend en outre un ou des volets 16, 18, 20 d'aiguillage du flux d'air vers au moins une chambre de combustion du moteur qui est en phase d'admission. Ceci permet de créer un chemin préférentiel d'écoulement entre l'arrivée 12 et les orifices 21, 22, 23, 24. L'air est guidé dans tout son parcours entre l'arrivée 12 et les orifices 21, 22, 23, 24. On évite ainsi de répartir l'air dans tout le dispositif d'admission d'air avant d'admettre l'air dans la chambre de combustion qui est en phase d'admission. Le dispositif permet d'aiguiller le flux d'air provenant de la ligne d'air d'admission vers la chambre de combustion nécessitant le remplissage. Le flux d'air est donc guidé dans son écoulement. En d'autres termes, on évite le remplissage d'un volume 14 d'admission dans lequel arrive le flux d'air avant d'être dirigé vers la chambre de combustion en cause. [0021] Les volets 16, 18, 20 peuvent être mobiles en rotation. Les volets 16, 18, 20 sont mobiles en rotation autour de leur axes 30, 32, 34 respectivement. Les volets peuvent être mobiles entre plusieurs positions. Par exemple les volets peuvent être mobiles entre deux positions extrêmes dans lesquelles les volets obturent ou ouvre un ou plusieurs orifices. [0022] Les volets peuvent occuper une position intermédiaire de repos dans laquelle les volets sont inopérants ; le flux d'air n'est alors pas aiguillé. Cette position est par exemple celle du moteur coupé ou est une position dans laquelle le dispositif est défaillant. En position de repos, les volets sont sensiblement en position verticale sur la figure 1, et n'obturent pas les orifices. Le dispositif 10 peut comporter des ressorts non représentés permettant de rappeler les volets 16, 18, 20 en position de repos. [0023] Les volets sont profilés pour optimiser la circulation de l'air dans les différentes positions (d'aiguillage ou de repos) des volets ainsi que l'étanchéité assurée par les volets vis-à-vis des orifices correspondant à des chambres non en phase d'admission. [0024] Les volets 16, 18, 20 peuvent être actionnés par un ou plusieurs actionneurs électriques. Par exemple, sur la figure 1, un unique actionneur peut actionner les volets 16, 18, 20, l'actionneur étant susceptible d'occuper plusieurs positions correspondant à chacune des entrées d'air dans les chambres. Alternativement, un actionneur peut actionner le volet 16 et un autre actionneur peut actionner les volets 18 et 20. On peut utiliser un actionneur électrique utilisant le déplacement d'un noyau dans un élément bobiné (la fréquence requise peut être entre 3000 Hz et 1500 Hz). On peut aussi envisager que les volets sont actionnés par des organes mécaniques reliés à l'arbre à cames du moteur. Ceci réduit le coût de l'actionnement des volets. [0025] Le dispositif peut comprendre un calculateur pour synchroniser le mouvement des volets 16, 18 et 20. Le calculateur peut synchroniser le mouvement des volets avec le système d'injection du moteur pour orienter le flux d'air sur la chambre de combustion en phase d'admission dans le cycle du moteur. En particulier, le mouvement des volets est synchronisé sur le mouvement de l'arbre à cames du moteur. Avantageusement, on utilisera le calculateur du moteur. Ceci permet de faire l'acquisition du cycle moteur et donc de synchroniser plus facilement l'actionnement des actionneurs électriques avec le cycle d'injection. [0026] Le dispositif 10 peut comporter un capteur de position des volets pour asservir plus efficacement le dispositif 10. De préférence, le dispositif 10 est piloté par variation du Rapport Cyclique d'Ouverture (RCO), par laquelle la position des volets est commandée par une commande électrique de l'actionneur dépendant du temps à l'état haut sur un signal carré. Ceci permet d'être moins sensible aux variations de la tension du réseau à bord du véhicule. En l'absence de commande électrique, les ressorts de rappel positionner les volets en position de repos. [0027] D'une manière générale, une incohérence de position des volets peut provoquer une mise en mode dégradée du fonctionnement. Dans ce cas de défaillance, les volets peuvent être en position de repos. [0028] Le nombre, l'emplacement et le fonctionnement des volets seront décrits à titre d'exemple en relation avec les figures 1 à 4, pour un moteur à quatre temps et comportant quatre chambres de combustion. [0029] Sur un moteur de type à quatre temps, les quatre phases d'admission, de compression, d'explosion (et de détente) et d'échappement se suivent. Les chambres sont concernées simultanément par une phase différente, ce qui permet d'avoir un piston entraînant le vilebrequin à chaque phase. Les quatre phases se produisent sur chaque chambre en deux tours de vilebrequin. [0030] Les figures 1 à 4 montrent des premiers volets 18 et 20. Les volets 18 et 20 aiguillent le flux d'air vers l'une ou l'autre des chambres 1, 2 ou 3, 4. Les volets aiguillent le flux d'air vers un orifice tout en obturant un autre orifice. Par exemple, le volet 18 peut aiguiller le flux d'air vers l'orifice 21 tout en obturant l'orifice 22, et inversement. Le volet 20 peut aiguiller le flux d'air vers l'orifice 23 tout en obturant l'orifice 24 et inversement. Les volets 18 et 20 sont de préférence liés mécaniquement pour simplifier le fonctionnement du dispositif. Le dispositif 10 peut en outre comprendre un volet 16 d'aiguillage en amont des premiers volets 18, 20, le volet 16 aiguillant le flux d'air vers certaines de chambres de combustion. Le volet 16 permet de diviser en deux le volume 14 pour diriger le flux vers l'un des volets 18 ou 20. [0031] Selon la figure 1, le volet 16 permet l'aiguillage du flux d'air vers une paire de chambres 1, 2 ou 3, 4 de combustion, seule une chambre de la paire étant concernée par l'admission. Les volets 18 et 20 aiguillent ensuite le flux d'air vers l'une ou l'autre des chambres 1, 2 ou 3, 4 de la paire de chambres vers lesquelles le flux d'air est aiguillé par le premier volet 16. Le volet 18 permet d'aiguiller le flux d'air vers la chambre 1 ou 2 et le volet 20 permet d'aiguiller le flux d'air vers la chambre 3 ou 4. [0032] Il est possible aussi d'envisager une configuration dans laquelle le dispositif 10 permet une distribution binaire de l'air. Le dispositif 10 ne comporte que les volets 18 et 20, permettant d'aiguiller l'air vers les orifices 21 et 23 (et donc les chambres 1 et 3, parmi lesquelles seules l'une est en phase d'admission) ou vers les orifices 22 et 24 (et donc les chambres 2 et 4, parmi lesquelles seules l'une est en phase d'admission). Ceci permet de simplifier la construction du dispositif. [0033] De retour sur la figure 1, les volets sont dans une position telle que la chambre 1 est alimentée via l'orifice 21. Les volets 16, 18, 20 sont à droite. Sur la figure 2, les volets sont dans une position telle que la chambre 3 est alimentée via l'orifice 23. Le volet 16 est à gauche et les volets 18, 20 sont à droite. Sur la figure 3, les volets sont dans une position telle que la chambre 4 est alimentée via l'orifice 24. Les volets 16, 18, 20 sont à gauche. Sur la figure 4, les volets sont dans une position telle que la chambre 2 est alimentée via l'orifice 22. Le volet 16 est à droite et les volets 18, 20 sont à gauche. [0034] La position des volets peut être commandée par une commande numérique par le calculateur. Un mot binaire û composés de deux bits égaux à 0 ou 1 û peut être associé à chaque chambre. Le bit de poids fort (le premier des deux bits) peut correspondre à l'état du volet 16 : si le bit de poids fort est égal à 0 alors le volet 16 est à gauche selon les figures 2 et 3 ; si le bit de poids fort est égal à 1 alors le volet 16 est à droite selon les figures 1 et 4. Le bit de poids faible (le deuxième des deux bits) peut correspondre à l'état des volets 18, 20 : si le bit de poids faible est égal à 1 alors les volets 18, 20 sont à droite selon les figures 1 et 2; • si le bit de poids faible est égal à 0 alors les volets 18, 20 sont à gauche selon les figures 3 et 4. [0036] Ainsi, pour remplir la chambre 1 selon la figure 1, le mot binaire 11 est associé à la chambre 1. Les trois volets 16, 18, 20 sont alors à droite. Pour remplir la chambre 3 selon la figure 2, le mot binaire 01 est associé à la chambre 3. Le volet 16 est à gauche et les volets 18, 20 sont à droite. Pour remplir la chambre 4 selon la figure 3, le mot binaire 00 est associé à la chambre 4. Les volets 16, 18, 20 sont à gauche. Pour remplir la chambre 2 selon la figure 4, le mot binaire 10 est associé à la chambre 2. Le volet 16 est à droite et les volets 18, 20 sont à gauche. [0036] L'ordre des chambres élues à l'admission d'air est de préférence la chambre 1 puis 3 puis 4 puis 2. Comme cela est visible sur l'ordre des figures présentées, ceci permet de laisser les volets 16, 18, 20 en position pour deux phases d'affilée. Pour un moteur à quatre temps, les quatre phases se produisent sur chaque chambre en deux tours de vilebrequin. Ainsi, la vitesse de rotation de l'actionneur électrique est deux fois plus petite que la vitesse de rotation du vilebrequin. A titre d'exemple, pour un moteur fonctionnant à un régime de 6000 tours/minutes - c'est-à-dire à un régime de l'ordre du régime maxi pour un régime standard l'actionneur électrique a une vitesse de rotation moitié moins grande, soit de 3000 tours/minute. L'actionneur effectue donc un tour en 20 ms, soit 5 ms d'admission par chambre. Un moteur électrique à courant continu en 12 V peut convenir pour actionner les volets. [0037] On peut envisager que le calculateur inhibe le fonctionnement des volets à partir d'un régime donné. En effet, l'optimisation du remplissage est la plus bénéfique à faible régime. Par exemple, les volets 16, 18, 20 sont alors maintenus dans une position sensiblement verticale dans laquelle les volets sont inopérants et ne guident pas le flux d'air vers l'un ou l'autre des orifices et des chambres. Ceci permet de faire fonctionner les volets à des vitesses moins contraignantes et de préserver le fonctionnement des volets et des organes d'entraînement des volets. REVENDICATIONS1. Dispositif (10) d'admission d'air d'un moteur, le dispositif comprenant une arrivée (12) d'un flux d'air et des orifices (21, 22, 23, 24) d'alimentation de chambres de combustion du moteur, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des volets (16, 18, 20) d'aiguillage du flux d'air vers au moins une chambre de combustion du moteur en phase d'admission. 2. Le dispositif selon la revendication 1, comprenant en outre des organes d'entraînement des volets (16, 18, 20), les organes d'entraînement étant un ou plusieurs actionneurs électriques ou des organes mécaniques reliés à un arbre à came du moteur. 3. Le dispositif selon la revendication 1 ou 2, comprenant des ressorts de rappel des volets (16, 18, 20) vers une position de repos dans laquelle les volets sont inopérants. 4. Le dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant des premiers volets (18, 20) d'aiguillage, chacun des premiers volets aiguillant le flux d'air vers un orifice tout en obturant un autre orifice. 5. Le dispositif selon la revendication 4, comprenant en outre un volet (16) d'aiguillage en amont des premiers volets, le volet en amont aiguillant le flux d'air vers certaines des 20 chambres de combustion. 6. Le dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel un volet amont (16) d'aiguillage aiguille le flux d'air vers des paires de chambres de combustion, et en aval, des volets (18, 20) d'aiguillage aiguillent le flux d'air vers l'une des chambres de combustion de la paire de chambre de combustion. 25 7. Un moteur comprenant des chambres (1, 2, 3, 4) de combustion et le dispositif (10) d'admission d'air dans les chambres de combustion selon l'une des revendications précédentes, les volets (16, 18, 20) aiguillant le flux d'air vers la chambre de combustion en phase d'admission. 8. Le moteur selon la revendication précédente, comprenant en outre un calculateur 30 synchronisant la position des volets avec le cycle d'injection du moteur. 9. Le moteur selon la revendication précédente, dans lequel les volets (16, 18, 20) sont immobilisés en position de repos à partir d'un régime de moteur prédéterminé. 10. Un véhicule avec le moteur selon l'une des revendications 7 à 9.