INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Les moyens de déviation du gaz comprennent une forme de « tremplin » de forme concave sur le profil inférieur (intrados) du conduit d’admission et une forme concave du profil supérieur (extrados) du conduit d’admission. La forme de tremplin favorise le décollement du flux de gaz dans le conduit d’admission et le dirige vers la partie supérieure du conduit d’admission et donc vers la partie supérieure du cylindre afin de maximiser le mouvement aérodynamique du gaz de type tumble. La forme concave du profil supérieur permet de donner une forme de convergent au conduit d’admission, ce qui favorise l’augmentation de la vitesse du gaz. De plus, cette association de la forme de tremplin et de la concavité du profil supérieur permet de réaliser un mouvement aérodynamique du gaz de type tumble sans aucun appendice particulier de type masque, volet ou lame.
La forme de tremplin du profil inférieur est réalisée par une courbure du profil inférieur, dont le rayon de courbure est inférieur ou égal à 40 mm. La concavité du profil supérieur est réalisée par deux zones concaves consécutives selon la direction d’écoulement du gaz, appelés respectivement zone intermédiaire et zone finale. La zone finale du profil supérieur fait face, au sein du conduit d’admission, à la forme de tremplin du profil inférieur. Cette zone est dite finale, car elle est positionnée à la sortie du conduit d’admission. Le rayon de courbure de la zone finale est compris entre 10 et 100 mm, et le rayon de courbure de la zone intermédiaire est compris entre 50 et 150 mm.
L’association de la forme de tremplin et de la zone concave, avec des dimensions spécifiques permet de générer un flux de gaz à forte vitesse, qui permet de générer ensuite une turbulence de type tumble sans défaut. Le conduit d’admission selon l’invention permet de plus, un bon compromis tumble et remplissage du cylindre.
De manière avantageuse, le rayon de courbure de la zone finale peut être inférieur au rayon de courbure de la zone intermédiaire, ainsi la vitesse du gaz augmente au sein du conduit d’admission, car la section de passage diminue.
De préférence, pour améliorer l’effet de tremplin sans limiter le remplissage du cylindre, le rayon de la forme de tremplin peut être compris entre 20 et 30 mm, et de manière très préférée il peut être compris entre 25 et 27 mm. En effet, plus le rayon de courbure de la zone de tremplin est petit, plus le conduit d’admission favorise la création du mouvement aérodynamique du gaz de type tumble au détriment du remplissage du cylindre, et au contraire, plus le rayon de courbure de la zone de tremplin est grand, plus le conduit d’admission favorise le remplissage du cylindre, au détriment de la création du mouvement aérodynamique du gaz de type tumble.
De manière avantageuse, le rayon de courbure de la zone intermédiaire du profil supérieur peut être compris entre 100 et 130 mm. Cette gamme permet d’optimiser la génération de l’effet convergent.
Avantageusement, le rayon de courbure de la zone finale du profil supérieur peut être compris entre 60 et 70 mm. Cette gamme permet également d’optimiser la génération de l’effet convergent.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le profil inférieur (intrados) du conduit d’admission peut comprendre une zone initiale de forme concave. La zone est dite initiale car elle est à proximité de l’entrée du conduit d’admission. La zone initiale du profil inférieur détermine la forme générale du conduit et influence des paramètres tels que le remplissage et la robustesse du conduit d’admission. La zone initiale est directement suivie par la zone de forme de tremplin.
Pour ce mode de réalisation, le rayon de courbure de la zone initiale du profil inférieur peut être compris entre 200 et 350 mm, de préférence entre 230 et 300 mm, et de manière préférée entre 270 et 280 mm. Ces plages de valeurs permettent d’optimiser le remplissage et la robustesse du conduit d’admission.
De plus, pour ce mode de réalisation, la longueur d’arc de la forme de tremplin peut être compris entre 6 et 9 % de la longueur d’arc de la zone initiale de forme concave du profil inférieur, de préférence la longueur d’arc de la forme de tremplin peut correspondre sensiblement au treizième de la longueur d’arc de la zone initiale de forme concave du profil inférieur. Le ratio entre les longueurs d’arc du profil inférieur est alors idéal en termes de génération de mouvement aérodynamique du gaz de type tumble.
Conformément à une mise en œuvre de l’invention, le profil supérieur (extrados) du conduit d’admission peut comprendre une zone initiale (dans la direction d’écoulement du gaz dans le conduit d’admission) de forme convexe. La zone est dite initiale car elle à proximité de l’entrée du conduit d’admission. La zone initiale convexe du profil supérieur détermine la section d’entrée du conduit d’admission. De préférence, la zone initiale du profil supérieur est similaire géométriquement à la zone initiale du profil inférieur. La zone initiale est directement suivie par la zone intermédiaire, elle-même directement suivie par la zone finale. Pour cette mise en œuvre de l’invention, le profil supérieur comporte trois zones ayant des rayons de courbure distincts.
Pour cette mise en œuvre de l’invention, le rayon de courbure de la zone initiale de la forme convexe du profil supérieur peut être supérieur à 400 mm, de manière à être élevée.
De plus, pour cette mise en œuvre de l’invention, la longueur d’arc de la zone initiale convexe peut être sensiblement égale à la somme des longueurs d’arc de la zone intermédiaire et de la zone finale du profil supérieur. Le ratio entre les longueurs d’arc du profil supérieur est alors idéal en termes de génération de mouvement aérodynamique du gaz de type tumble.
Selon un aspect, lesdits moyens de déviation dudit gaz comprennent en outre une inclinaison dudit conduit d’admission définie par un angle β de tangente au point d’intersection dudit conduit d’admission avec la sortie dudit conduit d’admission compris entre 0 et 45°, de préférence entre 5 et 45°.
Selon une caractéristique, ledit conduit d’admission comprend des moyens pour générer un mouvement aérodynamique dudit gaz au sein dudit cylindre autour d’un axe parallèle à l’axe dudit cylindre.
L’invention concerne aussi un dispositif d’admission de gaz pour un cylindre d’un moteur à combustion interne, ledit dispositif d’admission de gaz comprenant un conduit d’admission selon l’une des caractéristiques précédentes, au moins une soupape d’admission disposée au sein dudit conduit d’admission, au moins une calibration de ladite soupape d’admission disposée à une extrémité dudit conduit d’admission et dirigée vers la face feu dudit cylindre. Sur ledit profil inférieur dudit conduit d’admission, l’intersection entre ledit conduit d’admission et ladite calibration de ladite soupape d’admission est sur une génératrice formant un angle α compris entre 5 et 45° par rapport à un plan parallèle à ladite face feu dudit cylindre passant par un point d’intersection entre ledit conduit d’admission et ladite calibration.
Selon un aspect, ledit angle α est compris entre 5 et 20°, de préférence entre 8 et 15°.
De plus, l’invention concerne un moteur à combustion interne comportant au moins un cylindre pourvu au moins d’un conduit d’admission selon l’une des caractéristiques précédentes, d’au moins un conduit d’échappement, et des moyens d’injection de carburant.
En outre, l’invention concerne une utilisation d’un moteur à combustion interne selon l’une des caractéristiques précédentes pour un cycle de Miller ou un cycle d’Atkinson.
La figure 1 illustre un conduit d’admission selon un mode de réalisation de l’invention dans son positionnement en mode de fonctionnement.
La figure 2 est une paramétrisation d’un conduit d’admission selon un mode de réalisation de l’invention dans son positionnement en mode de fonctionnement.
La figure 3 illustre des vues de l’intrados d’un dispositif d’admission de gaz respectivement selon une première et une deuxième variantes de réalisation de l’invention dans son positionnement en mode de fonctionnement.
La figure 4 illustre un cylindre d’un moteur à combustion interne selon un mode de réalisation de l’invention dans son positionnement en mode de fonctionnement.
La figure 5 est un graphique du compromis tumble-perméabilité pour des conduits d’admission selon l’art antérieur et pour le conduit selon l’invention.
La figure 6 illustre des courbes du nombre de tumble, de l’énergie cinétique turbulente (TKE), du nombre de swirl dans le cadre d’une loi standard pour un dispositif d’admission selon une première variante de réalisation de l’invention et pour un dispositif d’admission selon une deuxième variante de réalisation de l’invention.
La figure 7 illustre des courbes du nombre de tumble, de l’énergie cinétique turbulente (TKE), du nombre de swirl dans le cadre d’une loi Miller pour un dispositif d’admission selon une première variante de l’invention et pour un dispositif d’admission selon une deuxième variante de réalisation de l’invention.
La figure 8 est une courbe de l’évolution de la section du conduit d’admission en fonction de la position de la distance du plan de mesure par rapport à l’entrée du conduit d’admission.
La figure 1 illustre, schématiquement et de manière non limitative, un dispositif d’admission dans son positionnement en mode de fonctionnement selon un mode de réalisation de l’invention. La figure 1 est une vue de côté. Le dispositif d’admission 1 comprend un conduit d’admission 2, une soupape (non représenté), et une calibration 4 de la soupape d’admission.
Le conduit d’admission 2 comprend un profil supérieur 10 (extrados) et un profil inférieur 12 (intrados). Les profils supérieur 10 et inférieur 12 sont reliés par deux parois latérales 15. Les différentes zones des profils supérieur et inférieur sont limitées par des traits gras, positionnant des points P1 à P7.
Le profil inférieur 12 comprend à la sortie du conduit d’admission une zone formant un tremplin 6 de forme concave, délimitée par les points P1 et P2. Cette zone a un rayon de courbure R1 inférieur à 40 mm, valant par exemple 26 mm. Le profil inférieur 12 comprend en outre une zone initiale 11 de forme concave, délimitée par les points P2 et P3. Cette zone a un rayon de courbure R5 compris entre 200 et 350 mm, valant par exemple 275 mm.
Le profil supérieur 10 comprend à la sortie du conduit d’admission une zone finale 5 de forme concave, délimitée par les points P4 et P5. Cette zone initiale 5 a un rayon de courbure R2 compris entre 10 et 100 mm, valant par exemple 65 mm. Le profil supérieur 10 comprend en outre une zone intermédiaire 8 de forme concave, délimitée par les points P5 et P6. Cette zone intermédiaire 8 a un rayon de courbure R3 compris entre 50 et 150 mm, valant par exemple 115 mm. Le profil supérieur 10 comprend en outre une zone initiale 9 de forme convexe, délimitée par les points P6 et P7. Cette zone initiale a un rayon de courbure R4 supérieur à 400 mm, valant par exemple 500 mm.
La figure 2 est une vue similaire à la figure 1 pour un mode de réalisation de l’invention. Pour ce mode de réalisation, les moyens de déviation du gaz pour former un mouvement aérodynamique des gaz de type tumble comprennent en outre l’inclinaison du conduit d’admission 2 selon un angle β, entre une direction XX de tangente au point d’intersection du conduit d’admission 2 avec la calibration 4, et une direction AA horizontale. Cette inclinaison favorise le mouvement aérodynamique du gaz de type tumble.
La figure 3 illustre, schématiquement et de manière non limitative, des vues de l’intrados (face inférieure) du dispositif d’admission de gaz. La figure 3 est dans un plan perpendiculaire à la face feu. La figure de gauche correspond à un dispositif selon une première variante de réalisation de l’invention possédant uniquement des moyens de déviation du gaz pour former un mouvement aérodynamique du gaz de type tumble. La figure de droite correspond à un dispositif selon une deuxième variante de l’invention avec des moyens de déviation du gaz pour former un mouvement aérodynamique du gaz de type tumble et, au niveau de l’intrados, une inclinaison de l’intersection entre le conduit d’admission et la calibration de soupape pour former un mouvement aérodynamique du gaz de type swirl.
Sur ces figures, la droite FF appartient au plan de la face feu (définie par le cylindre non représenté), et la direction F’F’ est une droite appartenant à un plan parallèle à la face feu FF passant par un point d’intersection entre le conduit d’admission 2 et la calibration 4 de la soupape d’admission.
Selon la première variante de réalisation illustrée sur la figure de gauche, l’intersection 7 entre le conduit d’admission 2 et la calibration 4 de la soupape d’admission est confondue avec la droite F’F’.
Au contraire, selon la deuxième variante de réalisation illustrée sur la figure de droite, l’intersection 7 entre le conduit d’admission 2 et la calibration 4 de la soupape d’admission est portée par une génératrice d’axe YY inclinée d’un angle α par rapport à la droite F’F’. Cet angle α est compris entre 5 et 45°. On peut observer sur la figure de droite que cette inclinaison entraîne, à proximité du raccord, une légère rotation du conduit d’admission 2, qui a une section de passage sensiblement rectangulaire.
La figure 8 est une courbe représentant le ratio de section RS en fonction de la distance D de la section par rapport à l’entrée du conduit d’admission pour un exemple de réalisation de l’invention. Le ratio de section RS correspond à l’aire de la section considérée par rapport à l’aire de la section du conduit d’admission à l’entrée. La distance a été normalisée : la distance valant 0 correspond à l’entrée du conduit d’admission, et la distance valant 1 correspond à la sortie du conduit d’admission. On observe sur cette courbe une quasi constance initiale, puis une diminution du ratio de section, réalisée notamment par la forme de tremplin et la zone finale du profil supérieur, puis une forte augmentation du ratio de section à la sortie du conduit d’admission. Pour cet exemple, le ratio entre la section maximale et la section minimale du conduit d’admission vaut environ 1,8.
De plus, la présente invention concerne un ensemble cylindre et disposition d’admission selon l’une des variantes ou combinaison de variantes décrites précédemment pour l’admission d’un gaz dans le cylindre.
La tension aux bornes de l’électrode 2 est avantageusement inférieure à 200V.
Avantageusement, la durée d’impulsion durant laquelle l’échantillon 1 est soumis à une décharge électrique est inférieure à 1000 µs, préférablement inférieure à 400 µs ou encore préférentiellement inférieure à 100 µs. Une telle durée d’impulsion est adaptée à l’AMA de l’échantillon 1 afin d’éviter tout recristallisation de l’AMA au cours de procédé d’usinage.
Le procédé d’usinage selon l’invention peut avantageusement comprendre ou peut être apte à réaliser un surfaçage de l’échantillon 1. L’usinage comprend alors au moins une étape d’électroérosion d’une première surface de l’échantillon 1 avec des décharges électriques de sorte à obtenir une deuxième surface dont la rugosité Ra est inférieure à 800 nm, préférentiellement inférieure à 600 nm, plus préférentiellement inférieure à 400 nm et encore plus préférentiellement inférieure à 300 nm. Une telle rugosité permet notamment d’obtenir des microcomposants présentant d’excellents états de surface, adaptés notamment aux domaines de l’horlogerie et/ou de l’implantologie, notamment de l’implantologie dentaire.
Selon un mode de réalisation illustré à la , le procédé d’usinage permet d’obtenir une pièce 4 dont les surfaces ou flancs présentent entre eux un angle d’une excellente précision, par exemple un angle de 90° ± 1.5°, préférentiellement de 90° ± 1° et encore plus préférentiellement 90° ± 0.5°. Selon ce mode de réalisation, le procédé d’usinage comprend au moins une étape d’électroérosion d’une première surface P1 de l’échantillon 1 de sorte à obtenir une deuxième surface P2, telle qu’en chaque point d’intersection des surfaces P1 et P2, lesdites surfaces P1 et P2 forment entre elles un angle Ad de 90° ± 1.5°, préférentiellement 90° ± 1° et encore plus préférentiellement 90° ± 0.5° entre elles.
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’une pièce 4 en alliage métallique amorphe, comportant les étapes : - fondre un mélange de métaux pour obtenir un lopin d’alliage, - injecter le lopin obtenu dans un moule et refroidir l’alliage moulé avec une vitesse de refroidissement supérieure à une vitesse critique de cristallisation de l’alliage, pour obtenir un échantillon 1 d’alliage amorphe, - usiner au moins une surface de l’échantillon 1 selon le procédé d’usinage décrit précédemment pour obtenir une pièce 4 en alliage amorphe selon une géométrie prédéterminée, - optionnellement effectuer une étape de finition sur au moins la surface de l’échantillon 1 usinée, préférentiellement une étape de tribofinition ou un traitement chimique, notamment un traitement de désoxydation de surface.
L’invention concerne enfin un composant mécanique, notamment un microcomposant mécanique en AMA comportant au moins une surface usinée selon les procédés précédents.
Le composant mécanique peut par exemple être un élément d’un mécanisme d’horlogerie pour montre mécanique, tel un doigt de quantième, une roue dentée, ou encore un axe. La combinaison des propriétés mécaniques intrinsèques des alliages amorphes et la précision de la découpe réalisée par le procédé permet de fournir des composants, notamment des composants micromécaniques, particulièrement adaptés à cette application. Il peut également s’agir d’un composant pour le médical, tel qu’un implant.
Procédé de découpe d’un échantillon en alliage métallique amorphe La présente invention se rapporte au domaine des méthodes d’usinage de microcomposants métalliques, en particulier de pièces en alliage métallique amorphe (AMA). En effet, les alliages amorphes présentent des caractéristiques mécaniques particulièrement intéressantes pour les domaines techniques impliquant des pièces de très petite taille.
Il est connu d’obtenir des préformes de métal amorphe par injection dans des moules de forme spécifique. En refroidissant suffisamment vite le métal injecté, la cristallisation de l’alliage peut être évitée et une structure de type amorphe peut être obtenue. Ce type de structure d’alliage amorphe est également appelé verre métallique.
Afin d’obtenir une pièce mécanique prête à être intégrée par exemple dans un mécanisme d’horlogerie, il est parfois nécessaire d’usiner la préforme moulée.
Dans le domaine général des alliages, en particulier des alliages cristallins, de nombreuses techniques d’usinage et/ou de mise en forme ont été développées (étampage, micro-fraisage, etc). Cependant, ces techniques ne peuvent pas être transposées aisément aux AMAs qui présentent des compositions chimiques particulières et des propriétés mécaniques généralement beaucoup plus élevées que les alliages cristallins. L’usinage est par conséquent plus complexe à maitriser (obtention des précisions et états de surface souhaités, perpendicularité des flancs, durée de vie des outils, vitesse de production compatible avec les contraintes industrielles, etc).
D’autre part, nombre de ces techniques provoque des échauffements thermiques au niveau des zones usinées impliquant alors une recristallisation locale de l’alliage et la perte de la structure amorphe de l’AMA au niveau des zones usinées. Ceci est d’autant plus vrai pour des AMAs de faible stabilité thermique. En effet, parmi les AMAs, certains présentent une plus faible stabilité thermique que les autres. Cette faible stabilité thermique traduit la facilité/rapidité avec laquelle la structure de l’alliage peut être affectée par une variation de température (augmentation de température au-delà de la température de transition vitreuse Tg, refroidissement trop lente, …). Les AMAs de plus faible stabilité thermique présentent donc une capacité à évoluer vers un état cristallin plus rapide au-dessus de la température de transition vitreuse Tg.
Des procédés de découpe laser sont adaptés à la fabrication de microcomposants, notamment de microcomposants en alliages métalliques cristallins. Comme indiqué précédemment, ces derniers sont cependant bien moins sensibles à la température que les AMAs, en particulier que les AMAs à faible stabilité thermique.
Ainsi, la difficulté est de mener à bien ces opérations d’usinage des AMAs tout en conservant leur structure amorphe, en garantissant une qualité de l’état de surface de la pièce usinée et en maintenant un temps de cycle élevé adapté à une production industrielle. En effet, une opération d’usinage qui mènerait un échauffement excessif de la matière provoquerait une cristallisation de la zone affectée thermiquement et ferait donc perdre les propriétés avantageuses conférées par la structure amorphe de la matière. A l’inverse, imaginer un procédé d’usinage laser en laissant des durées de refroidissement longues entre deux impulsions laser n’est pas compatible avec une production industrielle.
Il existe donc un besoin de disposer d’un procédé d’usinage permettant de conserver une microstructure amorphe tout en autorisant une cadence de fabrication de niveau industriel. Une autre exigence est de pouvoir obtenir un état de surface avec une très faible rugosité et/ou une excellente perpendicularité des flancs dans la zone de découpe, afin d’exploiter pleinement les qualités intrinsèques de l’AMA.
Le choix de l’un ou l’autre de ces deux modes de réalisation peut être dicté par un choix esthétique, de processabilité et/ou de performances mécaniques souhaité pour la pièce axisymétrique finale.
Au cours de l’étape c, les sections de tube peuvent couvrir une partie de la longueur du mandrin seulement. Dans ce cas, au cours de l’étape d, l’enroulement filamentaire peut être réalisé aussi sur une ou des parties du mandrin de pourtour non recouvert par des sections de tube.
On peut réaliser au moins deux fois l’étape a et l’étape b et, à l’étape c, on peut superposer des sections de tube appartenant à des tubes différents réalisés aux étapes a et découpés aux étapes b.
Les étapes c et d peuvent être répétées plusieurs fois, notamment dans l’épaisseur de l’empilement, pour mélanger les orientations de fibres.
Le procédé peut comporter l’étape consistant à disposer au-dessus de l’enroulement filamentaire des sections de tube puis à réaliser un enroulement filamentaire sur ces sections de tube, cette étape pouvant être mise en œuvre une ou plusieurs fois, notamment en fonction de l’épaisseur et/ou des propriétés recherchées. Cela permet d’apporter des plis de blocage, c’est-à-dire non orientés selon l’axe longitudinal donc des plis d’orientation différente de 0°, ces plis étant ceux des enroulements filamentaires. On peut ainsi réaliser une pièce axisymétrique creuse comportant plusieurs couches de sections de tubes superposées au moins partiellement ou non, chaque couche de sections de tube étant séparée de la couche de sections de tube adjacente par un enroulement filamentaire, un enroulement filamentaire extérieur recouvrant de préférence le tout.
Le mandrin peut lui-même être réalisé en pultrusion composite et faire partie intégrante de la pièce finale. Un tel mode de réalisation permet de réduire les outillages de fabrication, mais aussi de faire jouer au mandrin un rôle structurel sur la pièce finale. Les coûts des outillages seraient réduits, il n’y aurait plus d’étape de préparation des moules qui nécessite de la main d’œuvre et l’utilisation de produits toxiques, ni de problématique de démoulage de la pièce finale qui nécessite de la main d’œuvre, parfois des moyens conséquents sur de grandes pièces et génère un risque d’endommagement de la pièce lors du démoulage de très grandes pièces. Les temps de cycle et donc les coûts de fabrication en seraient optimisés. De plus, les opérations de réparation liées aux arrachements de fibres lors des démoulages seraient réduites.