Brevet FR2955361A1 — publié le 20110722

DISPOSITIF D'ALIMENTATION EN AIR POUR MOTEURS A COMBUSTION INTERNE. ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION L'invention se rapporte à des dispositifs d'alimentation en air, dédiés à des moteurs à combustion interne. Des dispositifs d'alimentation en air sont utilisés pour réguler et/ou commander un flux d'air circulant dans un système et gagnant, par exemple, un moteur à combustion interne dévolu à des véhicules motorisés. Dans des moteurs modernes équipés de systèmes électroniques d'injection de carburant, le dispositif de commande embarqué doit être apte à déterminer quantitativement le flux d'air qui pénètre dans le moteur, de manière à pouvoir calculer la masse de carburant nécessaire devant être injectée dans ledit flux d'air ou directement dans la chambre de combustion, à des fins de combustion. Bien entendu, un tel calcul est également tributaire d'autres paramètres tels que la richesse ou la pauvreté souhaitée du mélange, afin de satisfaire à des normes d'émission de polluants, à des rendements de consommation de carburant, à des démarrages à froid, et autres facteurs similaires. Des obturateurs d'air du type papillon sont employés, en règle générale, pour réguler un flux d'air. Un capteur de rotation est raccordé au papillon d'étranglement pour déterminer sa position et pour en inférer, de la sorte, une estimation du flux d'air circulant par le dispositif d'alimentation en air. Toutefois, des papillons d'étranglement sont intégralement logés à l'intérieur du canal de circulation d'air, ce qui introduit des turbulences et autres désagréments, tout particulièrement à des débits d'air élevés. Des obturateurs coulissants, du type à guillotine, ont été élaborés pour parer à ce problème. De tels obturateurs comportent un glissoir qui coulisse en translation depuis l'extérieur du canal de circulation d'air jusqu'à obturer le canal. A hauts débits d'air, en conséquence, pratiquement aucune perturbation structurelle n'affecte l'écoulement d'air laminaire en circulation dans le dispositif d'alimentation en air. Néanmoins, ce type de dispositif d'alimentation en air accuse l'inconvénient que les capteurs linéaires, requis pour le calcul du flux d'air, sont onéreux, difficiles à initialiser et sujets à dysfonctionnement pour un usage grand public. EXPOSE GENERAL DE L'INVENTION Un objet de l'invention vise à surmonter au moins quelques-uns de ces problèmes. Selon une forme de réalisation, le dispositif d'alimentation en air pour moteurs à combustion interne comprend : - un canal d'admission d'air, conçu pour diriger l'écoulement d'air vers au moins une chambre de combustion dudit moteur à combustion interne, - un organe d'étranglement, doté d'un obturateur. L'obturateur est en mesure d'opérer entre une première position, dans laquelle ledit obturateur interdit substantiellement la circulation d'air par ledit canal d'admission, et une seconde position dans laquelle ledit obturateur dégage ledit canal d'admission d'air pour autoriser la circulation d'air. Ledit obturateur tourne autour d'un axe de rotation situé à l'extérieur du canal d'admission d'air. Le dispositif d'alimentation en air présente, en outre, un capteur conçu pour mesurer la position de rotation de l'obturateur. Etant donné que l'axe de rotation se trouve à l'extérieur du canal d'admission, la position ouverte présente un taux de turbulences nettement réduit. Le dispositif d'alimentation en air est plus efficace sur une plage de conditions de fonctionnement plus étendue. Du fait que l'obturateur ne coulisse pas, le guidage du mouvement de dudit obturateur et la mesure de la position dudit obturateur sont notablement plus simples. En conséquence, un tel dispositif d'alimentation en air est plus efficace, ou moins onéreux à produire que des dispositifs classiques. Il est également plus robuste, ce qui revêt un intérêt particulier pour des motos tout terrain. Comme l'axe de rotation est situé à l'extérieur du canal d'admission, le capteur mesurant la position de rotation de l'obturateur peut être assemblé de manière simple, procurant ainsi un dispositif d'alimentation en air très simple et robuste, qui peut être piloté par un dispositif de commande embarqué. De préférence, l'organe d'étranglement comprend un corps d'étranglement muni d'une cavité qui s'étend transversalement à partir du canal d'admission d'air, et est conçue pour recevoir ledit obturateur et pour permettre un mouvement de l'obturateur entre ses première et seconde positions. L'obturateur peut se présenter comme une plaque substantiellement plate, s'étendant le long d'un plan perpendiculaire à l'axe de rotation. Cela réduit la taille de la cavité dans laquelle ledit obturateur se déplace. D'après un mode de réalisation particulier, l'axe de rotation est parallèle à la direction de l'écoulement de l'air à l'intérieur dudit canal d'admission d'air. Cela diminue la longueur de la course de l'obturateur en travers dudit canal d'admission. En variante, ledit axe de rotation peut être décalé par rapport à cette direction, d'un angle inférieur à 40°. Cela confère une souplesse de réalisation visant à améliorer le dimensionnement global du dispositif d'alimentation en air. N'importe quel angle entre 0 et 40° peut être approprié, tel qu'un angle inférieur à 15°, notamment inférieur à 5°. Selon un autre mode de réalisation, l'obturateur est monté, radicalement sur un arbre pénétrant dans la cavité. Un tel arbre peut être rattaché à un élément de commande de l'étranglement et, de préférence, à un capteur de positions. D'après un autre mode de réalisation, le dispositif d'alimentation en air comprend, par ailleurs, un système d'injection de carburant conçu pour injecter du carburant dans le canal d'admission d'air. Un tel dispositif assume les mêmes performances qu'un carburateur conventionnel. Un perfectionnement d'un moteur, équipé d'un carburateur classique, s'en trouve de la sorte simplifié. Selon d'autres mode de réalisation, le dispositif d'alimentation en air peut présenter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - un élément de commande de l'étranglement est fixé à une extrémité de l'arbre et/ou est situé à l'extérieur du corps d'étranglement et/ou est relié, par l'intermédiaire dudit arbre, à un élément de commande de la vanne d'étranglement ; - il est prévu un trou traversant qui traverse l'intégralité du corps d'étranglement, concentriquement à l'axe de rotation, l'arbre étant montée dans ledit trou traversant ; - le capteur est fixé à l'autre extrémité de l'arbre, et est situé à l'extérieur du corps d'étranglement ; - l'élément de commande présente un moyen de retenue d'un câble, et une partie formant came qui comporte une rainure périphérique conçue pour recevoir ledit câble ; - le dispositif d'alimentation en air comprend, par ailleurs, un système d'injection de carburant conçu pour injecter du carburant dans le canal d'admission d'air ; - le système d'injection de carburant est monté sur l'organe d'étranglement. Selon un autre aspect, l'invention porte également sur des moteurs à combustion interne ou des cyclomoteurs, des cyclomoteurs à quatre roues, des quads, des scooters de plongée ou des karts équipés d'un tel dispositif d'alimentation en air. DESCRIPTION SUCCINCTE DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages ressortiront aisément de la description, ci-après, de divers mode de réalisation mentionnés à titre d'exemples non limitatifs, et des dessins annexés. Sur les dessins : - les figures 1 et 2 sont deux vues différentes, en perspective, d'un dispositif d'alimentation en air selon un mode de réalisation de la présente invention, - la figure 3 est une vue en éclaté du dispositif d'alimentation en air d'après les figures 1 et 2, - les figures 4 et 5 sont, respectivement, une vue de coté et une vue de dessus du dispositif d'alimentation en air conforme à la figure 1, - les figures 6 et 7 sont des coupes transversales, respectivement suivant les lignes VI-VI et VII-VII tracées sur la figure 5, - les figures 8 à 10 sont des vues partielles en perspective du dispositif d'alimentation en air selon la figure 1, illustrant de manière plus détaillée l'organe d'étranglement. Sur les différentes figures, les mêmes indices de référence désignent des éléments identiques ou similaires. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Le dispositif 1 d'alimentation en air comprend un module 3 d'admission d'air muni d'un alésage 2 qui s'étend le long d'un écoulement d'air, parallèlement à une direction X, entre une zone d'entrée 3A et une zone de sortie 3B. L'alésage 2 définit un canal 2 d'admission d'air. Ledit alésage 2 peut, par exemple, être rectiligne ou être de configuration du type canal de Venturi. La zone d'entrée 3A peut être raccordée, avec ou sans interposition d'un filtre à air, à une source d'air pouvant se présenter, par exemple, comme de l'air ambiant ou de l'air comprimé. La zone de sortie 3B est raccordée, par exemple, à une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne. Le canal 2 d'admission d'air est dimensionné en conformité avec des paramètres conceptuels tels que des débits d'air, mais présente en général un diamètre dans la plage de 14-60 mm, par exemple 39 mm. La surface périphérique extérieure de la zone d'entrée 3A et de la zone de sortie 3B peut comporter une rainure circonférentielle 7, conçue pour solliciter le raccordement et l'étanchéité entre le module 3 d'admission d'air et un élément de liaison revêtant, par exemple, la forme d'un tuyau en caoutchouc. Ladite rainure 7 peut être, par exemple, tronçonnée ou moulée circonférentiellement. Le dispositif 1 d'alimentation en air comprend, en outre, un organe 5 d'étranglement qui est logé dans le canal 2 d'admission d'air, à mi-distance entre les zones 3A, 3B d'entrée et de sortie de l'air. Comme le met davantage en lumière une observation des figures 1 à 7, l'organe 5 d'étranglement comprend un corps 9 d'étranglement renfermant un obturateur 11. Le corps 9 d'étranglement comprend un corps 9A situé côté entrée et d'un corps 9B situé côté sortie, respectivement raccordés aux zones 3A, 3B d'entrée et de sortie d'air du module 3 d'admission d'air. Ledit corps 9 d'étranglement est, par exemple, venu de moulage par injection en aluminium ou en un alliage d'aluminium. Les corps 9A, 9B, situés côté entrée et côté sortie, offrent chacun un orifice 6 concordant avec l'alésage 2 qui définit le canal d'admission d'air. Le corps d'étranglement 9 peut être moulé d'un seul tenant avec le module 3 d'admission d'air au niveau de l'orifice 6, de la manière illustrée, ou peut être usiné à partir du même bloc, voire être rattaché mécaniquement audit module à l'aide de moyens appropriés de fixation. Les zones 9A, 9B, situées côté entrée et côté sortie du corps d'étranglement 9, sont fixés mécaniquement l'une à l'autre par des moyens adéquats de fixation 13A, par exemple des écrous et des boulons 13A traversant des perçages 13 correspondants, et peuvent par ailleurs être pourvues de garnitures d'étanchéité sur leurs surfaces d'accouplement. Le corps d'étranglement 9 présente, en outre, une cavité intérieure 15 sensiblement plate s'étendant, pour l'essentiel, le long d'un plan perpendiculaire à la direction X de l'écoulement d'air. Ladite cavité 15 peut, par exemple, être substantiellement configurée en quart de cercle. Ladite cavité 15 entoure intégralement l'orifice 6 du canal 2 d'admission d'air. Le corps d'étranglement 9 est par ailleurs muni à l'intérieur de la cavité 15, sur l'un et/ou l'autre des corps latéraux 9A, 9B, d'un évidement circulaire ou trou borgne 17 définissant un axe médian 18. Ledit axe 18 est sensiblement parallèle à la direction X de l'écoulement d'air. Il est prévu, de surcroît, un trou traversant 19 qui traverse l'intégralité du corps d'étranglement 9 concentriquement à l'axe 18. Le diamètre dudit trou traversant 19 est plus petit que celui de l'évidement circulaire 17. Comme le met davantage en évidence une observation des figures 3, et 7 à 10, l'obturateur 11 est intégré dans le corps d'étranglement 9 et, plus particulièrement, ledit obturateur 11 est logé à l'intérieur de l'espace défini, par la cavité 15, entre un corps latéral 5A d'entrée et un corps latéral 5B de sortie. L'obturateur 11 est typiquement fabriquée en acier et offre une forme ovalisée sensiblement plate s'étendant à partir d'une région obturatrice 11A de largeur supérieure, afin d'occulter l'orifice 6, jusqu'à une région de montage 11B plus étroite. Ladite région de montage 11B comporte, en outre, un appendice dimensionné pour s'ajuster, de manière rotative, à l'intérieur de l'évidement circulaire 17 du corps d'étranglement 9. L'obturateur 11 est fabriqué à partir d'une mince plaque de 1 à 12 mm, par exemple, et avoisinant 2,7 mm. De préférence, l'épaisseur de l'obturateur est sensiblement égale à la profondeur de la cavité 15, prenant en compte les tolérances. Par ailleurs, l'organe 5 d'étranglement présente un arbre 21 muni d'un corps cylindrique fixé en rotation à l'obturateur 11, par l'intermédiaire d'un renflement situé en section médiane de l'arbre 21. Ledit renflement est ajusté dans un orifice correspondant 11C du type trou de clavette, coïncidant avec le centre de rotation de la région de montage 11B de l'obturateur 11. L'obturateur 11 peut, par exemple, être fixé à l'arbre 21 par emmanchement, par soudage ou par des moyens adhésifs. Le renflement peut également comporter, par exemple, deux méplats parallèles visant à empêcher un glissement en rotation entre l'obturateur 11 et l'arbre 21. De plus, chaque extrémité de l'arbre 21 est dotée, d'extrémités, 21B, 21C dévolues à un montage, sans faculté de rotation, de modules, par exemple, un élément de commande de l'étranglement, un capteur de positions, voire d'autres moyens de détection ou d'actionnement. Conformément au présent exemple de réalisation, en référence aux figures 7 à 10, un élément 23 de commande de l'étranglement est fixé sur l'extrémité 21B de l'arbre 21. L'élément 23 de commande de l'étranglement peut être pourvu d'une partie 23A formant came, montée sur l'arbre 21. Ladite partie 23A formant came présente une rainure périphérique 23B conçue pour retenir, par exemple, un câble d'étranglement relié à une poignée ou à une pédale d'accélération actionnée par un utilisateur. Qui plus est, un capteur 31 de positions d'étranglement est fixé sur l'autre extrémité 21C de l'arbre 21. Dans le mode de réalisation présentement décrit, ledit capteur 31 de positions d'étranglement mesure la position de l'obturateur 11 sur la base de la position en rotation de l'arbre 21. Les signaux, générés par ledit capteur de position 31, peuvent être analogiques ou numériques. Ledit capteur 31 peut, par exemple, comporter une connexion électronique 31A en vue du raccordement à un dispositif de commande, par exemple à une unité de commande du moteur (ECU) également connue sous la désignation Full Authority Digital Engine Control (FADEC). De tels capteurs 31 de rotation sont bien connus du spécialiste et sont couramment disponibles sur le marché, par exemple sous la marque de fabrique CTS. La broche 21 est montée dans le trou traversant 19 l'organe 5 d'étranglement, de façon telle que l'arbre soit concentrique à l'axe 18. Dans cette position, - l'arbre 21 s'étend longitudinalement le long de la direction X, à l'intérieur du trou traversant 19, - l'obturateur 11 est agencé de telle sorte que la région de montage 11B s'ajuste à l'intérieur de l'évidement circulaire 17, autorisant ainsi un mouvement de rotation de 11 autour de l'arbre 21, à l'intérieur de la cavité 15, - l'obturateur 11 est verrouillé en rotation à l'arbre 21, par l'intermédiaire de ladite région de montage 11B et du renflement, - l'obturateur est entouré lors de la rotation par ladite cavité 15, - la région obturatrice 11A de l'obturateur 11 peut tourner entre une première position (« position fermée ») (voir la figure 8), dans laquelle ledit obturateur 11 obture pour l'essentiel l'orifice 6 et le canal 2 d'admission d'air, et interdit une circulation d'air s'effectuant par ces derniers ; et une seconde position (« position ouverte ») (voir la figure 9) dans laquelle ledit obturateur 11 dégage ledit orifice 6 et ledit canal 2 d'admission d'air, et permet à une circulation d'air de s'y opérer, et - l'élément 23 de commande de l'étranglement, et le capteur 31, occupent des positions extérieures vis-à-vis du corps d'étranglement 9. Comme le montrent les figures 3 à 5, et 7, auxquelles il est fait référence, un ressort de torsion 25 peut être implanté autour de l'arbre 21, entre l'élément 23 de commande de l'étranglement et le corps d'étranglement 9, en vue de solliciter ledit élément 23 de commande de l'étranglement vers un emplacement auquel l'obturateur 11 occupe la position fermée, ou une position substantiellement fermée, autorisant des états de marche au ralenti du moteur. Selon un exemple d'une variante du présent mode de réalisation, le dispositif d'alimentation en air peut comprendre, par ailleurs, un système 35 d'injection de carburant conçu pour injecter du carburant dans le canal 2 d'admission d'air, en vue d'une combustion. Le système 35 d'injection de carburant renferme un module de commande électronique et une connexion électrique 37 correspondante, et il est conçu pour commander le volume de fluide carburant injecté, en fonction du volume d'air en circulation dans ledit canal 2 d'admission d'air. Ledit système 35 d'injection de carburant peut être monté, par exemple, à travers un orifice 39 pratiqué en aval de l'obturateur 11. Des systèmes d'injection de carburant sont, par eux-mêmes, bien connus dans l'état de la technique et l'homme de l'art est aisément en mesure d'adapter un dispositif 1 d'alimentation en air, du type présentement décrit, en l'équipant d'un système adéquat 35 d'injection de carburant, par exemple l'injecteur Delphi référencé M35-Mini-25384016-Sh3, ou l'injecteur Magneti Marelli référencé IWPO48. Le dispositif d'alimentation en air, ainsi décrit, fonctionne de la manière exposée ci-après. Le dispositif 1 d'alimentation en air, tel que décrit, est interposé entre une source d'air, et une ou plusieurs vanne(s) d'admission d'air d'un moteur à combustion interne fonctionnant par aspiration naturelle ou par admission forcée. Ainsi, de l'air circule par le dispositif 1 d'alimentation en air le long du canal 2 d'admission d'air, depuis la zone d'entrée 3A jusqu'à la zone de sortie 3B, en transitant par l'organe 5 d'étranglement. L'utilisateur, désireux de commander la puissance développée par le moteur à combustion interne en pilotant la quantité d'air (oxygène) pénétrant dans ledit moteur à chacune de ses courses, actionne par exemple la pédale d'un véhicule motorisé ou la poignée d'une motocyclette. L'activation de la pédale ou de la poignée gouverne une rotation de la came 23A de l'élément 23 de commande de l'étranglement, ce qui se traduit par une rotation de l'obturateur 11. La position de l'obturateur 11, par rapport à l'orifice 6 du canal 2 d'admission d'air, détermine la section transversale minimale dudit canal 2 d'admission d'air, ce qui, à son tour, est en corrélation avec une masse ou un volume spécifique d'air que le moteur est en capacité d'aspirer, déterminant ainsi la puissance finale pouvant être engendrée par ledit moteur. Dans le même temps, le capteur 31 de positions d'étranglement détecte la position de l'arbre 21 pour déterminer la position de l'obturateur 11. Sur la base de ladite position de l'obturateur, il est possible de déterminer la masse d'air en circulation par le dispositif 1 d'alimentation en air. Cette information, relative à la position en rotation, peut être transmise à l'ECU en vue de déterminer l'injection de carburant, requise par le système 35 d'injection de carburant, en fonction de la vitesse du moteur, de la pauvreté du mélange du cycle fonctionnel souhaité, et d'autre paramètres encore. Il va de soi que la description qui précède a valeur d'exemple, et n'est nullement restrictive. Le dispositif 1 d'alimentation en air conforme à la présente invention peut comporter en particulier, à la place d'une liaison physique à une pédale ou à une poignée, un élément 23 de commande de l'étranglement piloté électroniquement et actionné par impulsons électroniques. Cette option porte communément la désignation fly-by-wire. De surcroît, le dispositif 1 d'alimentation en air peut être dispensé de 15 présenter un système 35 d'injection de carburant, lequel peut être monté en n'importe quel emplacement d'un moteur à combustion interne. REVENDICATIONS- 1. Dispositif d'alimentation en air pour moteurs à combustion interne, comprenant un canal (2) d'admission d'air conçu pour diriger l'écoulement d'air vers au moins une chambre de combustion dudit moteur à combustion interne, et un organe d'étranglement (5) qui comporte un obturateur (11), ledit obturateur (11) étant apte à opérer entre une première position, dans laquelle ledit obturateur interdit substantiellement la circulation d'air par ledit canal d'admission, et une seconde position dans laquelle ledit obturateur dégage ledit canal d'admission d'air pour autoriser la circulation d'air, ledit obturateur (11) tournant autour d'un axe de rotation (18) situé à l'extérieur du canal (2) d'admission d'air, caractérisé par le fait que le dispositif présente, en outre, un capteur (31) conçu pour mesurer la position de rotation de l'obturateur (11). 2. Alimentation en air selon la revendication 1, dans laquelle ledit axe de rotation est parallèle à la direction de l'écoulement de l'air à l'intérieur dudit canal d'admission d'air. 3. Dispositif d'alimentation en air selon la revendication 1, dans lequel ledit axe de rotation (18) est décalé, d'un angle inférieur à 40°, par rapport à la direction de l'écoulement de l'air à l'intérieur dudit canal d'admission d'air. 4. Dispositif d'alimentation en air selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit obturateur (11) est une plaque substantiellement plate, s'étendant le long d'un plan perpendiculaire à l'axe de rotation (18). 5. Dispositif d'alimentation en air selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit organe d'étranglement comprend un corps d'étranglement (9) muni d'une cavité (15) qui s'étend transversalement à partir du canal (2) d'admission d'air, et est conçue pour recevoir ledit obturateur (11) et pour permettre un mouvement dudit obturateur entre lesdites première et seconde positions, ledit obturateur (11) étant montée, radicalement sur un arbre (21) pénétrant dans ladite cavité (15). 6. Dispositif d'alimentation en air selon la revendication 5, comprenant un élément (23) de commande de l'étranglement qui est fixé à une extrémité (21B) de l'arbre (21), est situé à l'extérieur du corps d'étranglement (9) et est relié, par l'intermédiaire de l'arbre (21), à l'obturateur (11). 7. Dispositif d'alimentation en air selon la revendication 6, dans lequel est prévu un trou traversant (19) qui traverse l'intégralité du corps d'étranglement (9),concentriquement à l'axe de rotation (18), l'arbre (21) étant montée dans ledit trou traversant (19). 8. Dispositif d'alimentation en air selon la revendication 6 ou 7, dans lequel le capteur (31) est fixé à l'autre extrémité (21C) de l'arbre (21), et est situé à 5 l'extérieur du corps d'étranglement (9). 9. Dispositif d'alimentation en air selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel l'élément (23) de commande de l'étranglement comprend un moyen de retenue d'un câble, et une partie (23A) formant came qui comporte une rainure périphérique (23B) conçue pour recevoir ledit câble. 10 10. Dispositif d'alimentation en air selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant, par ailleurs, un système (35) d'injection de carburant conçu pour injecter du carburant dans le canal d'admission d'air. 11. Dispositif d'alimentation en air selon la revendication 10, dans. lequel le système d'injection de carburant est monté sur l'organe d'étranglement. 15 12. Moteur à combustion interne, équipé d'un dispositif d'alimentation en air conforme à l'une quelconque des revendications précédentes. 13. Cyclomoteur équipé d'un dispositif d'alimentation en air conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 11 précédentes.