FR2514822A1 - Moteur a combustion interne a pistons comportant un systeme d'amelioration par resonance de l'alimentation en gaz frais - Google Patents

Moteur a combustion interne a pistons comportant un systeme d'amelioration par resonance de l'alimentation en gaz frais Download PDF

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Abstract

MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A PISTONS COMPORTANT UN SYSTEME D'AMELIORATION PAR RESONANCE DE L'ALIMENTATION EN GAZ FRAIS, QUI COMPORTE AU MOINS UN RECIPIENT-RESONATEUR RELIE AUX ORIFICES D'ASPIRATION D'UN GROUPE DE CYLINDRES DETERMINES DU MOTEUR. LE TUBE DE RESONANCE 33, 34 EST POURVU, AU MOINS A PROXIMITE DE SON EXTREMITE 35, 36 PLACEE A COTE DU RECIPIENT-RESONATEUR 31, 32, D'UN TRONCON 45, 46 DONT LA SECTION S'ELARGIT EN DIRECTION DU RECIPIENT-RESONATEUR 31, 32. APPLICATION A LA SURALIMENTATION PAR RESONANCE DES MOTEURS THERMIQUES.

Description

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MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A PISTONS COMPORTANT UN SYSTEME
D'AMELIORATION PAR RESONANCE DE L-ALIMENTATION EN GAZ FRAIS
La présente invention concerne un moteur à combustion interne à pistons comportant un système d'alimentation en gaz fraispar résonance améliorant l'alimentation en gaz frais, dans lequel, en vue d'augmenter le chargement des cylindres, un groupe déterminé de cylindres sont reliés individuellement à l'aide de courts tuyaux de gaz frais à un récipient
de résonance, qui est lui-même relié à un tube de résonance.
On connalt des moteurs à combustion interne à pistons dont le
système d'alimentation en gaz frais exploite, pour augmenter le charge-
ment des cylindres, l'énergie des vibrations produites dans le gaz par l'aspiration périodique exercée par les cylindres du moteur Une solution classique est constituée par ce qu'on appelle le chargement dans le tube d'admission, o l'orifice d'admission de chaque cylindre du moteur est relié à un tube d'aspiration (tube de résonance) ayant une section et une longueur déterminées, comme cela est décrit par exemple dans l'article "Saugrohraufladung" (Induction Ram), de D Broome, paru dans la Revue
"Automobile Engineer" (Londres), année 1969, No 4 à 6 Dans ces sys-
tèmes d'alimentation en gaz frais, l'onde de dépression engendrée par-
l'action d'aspiration du cylindre du moteur se propaged'une manière
connue,à une vitesse se rapprochant de la vitesse -du son,sur la lon-
gueur du tuyau et elle est réfléchie par son extrémité ouverte sous la forme d'une onde de pression Une réflexion se produit naturellement également à l'extrémité du tube qui est en contact avec l'orifice d'aspiration du cylindre, auquel cas cependant l'amplitude de l'onde réfléchie est fonction de la capacité momentanée de transmission de
l'ouverture d'aspiration Lorsque le temps de croissance et de décrois-
sance de l'onde, c'est-à-dire le coefficient de vibration propre de la colonne de gaz, est en concordance correcte avec le mouvement du piston du moteur, l'onde de pression arrive au cylindre à la fin du temps d'admission et elle peut ainsi charger plus d'air à -une pression supérieure dans le cylindre Le temps de déplacement de l'onde (coefficient de vibration propre) est déterminé-, en dehors de la vitesse d'expansion (se rapprochant de la vitesse du son) par la distance- nécessaire à la croissance et à la décroissance de l'onde, c'est-à-dire la longueur du tube, de sorte que cette longueur de tube constitue un des facteurs
essentiels de l'accord servant à améliorer l'alimentation en gaz frais.
La section du tube a, en premier lieu, une influence sur la vitesse s'établissant dans le tube, et par conséquent au cours du processus de vibration instationnaire, sur le niveau de l'energie cinétique engendrée dans le tube, qui présente également un optimum déterminé en
fonction de l'application envisagée.
Pour un déroulement favorable du processus, il est naturellement nécessaire de donner au tube une section essentiellement constante car les ondes de pression sont réfléchies non seulement par l'extrémité ouverte ou bien par l'extrémité fermée ou en partie fermée qui est reliée à l'orifice d'admission du cylindre, mais il se produit une réflexion en tous les endroits o la section du tube est modifiée, c'est-à-dire élargie ou rétrécie Ce phénomène a été mis en évidence
par exemple dans le livre du Dr Ing H Seifer "Instationare Strbmungs-
vorgânge in Rohrleitungen an Verbrennungskraftmaschinen" (Springer Verlag 1962) à la page 41 La longueur de tube déterminée par les conditions correspondant au mode de fonctionnement favorable doit par conséquent
être en relation avec la section constante du tube.
La vitesse du fluide s'écoulant dans les différentes phases du processus de vibration dans un tube d'aspiration (tube de résonance) change la direction d'écoulement et le fluide sort à l'extrémité ouverte du tube En conséquence, l'énergie cinétique du jet d'air sortant est perdue En pratique, on a trouvé jusqu'à maintenant aucune solution
pour réduire ces pertes -
On peut relier au tronçon de tube d'aspiration de section constante pour former son prolongement théoriquementun tronçon de tube -(diffuseur> s'élargissant en direction de l'extrémité ouverte du tube et qui permet de récupérer une partie de l'énergie cinétique perdue, mais cependant sa longueur augmenterait encore celle du tube
d'aspiration, qui est déjà excessivement grande sans cette intervention.
L'augmentation de longueur provoquée par le tronçon de tube à élargis-
sement de section rendrait impossible la disposition du tube d'admission, ou de l'ensemble du système d'alimentation en gaz frais, dans le volume
disponible à côté du moteur.
Cela explique pourquoi en pratique on n'a pas adopté de telles solutions.
On connalt en outre également des moteurs à combustion interne à pistons dans lesquels le système d'amélioration de l'alimentation en gaz
frais est agencé de telle sorte qu'il existe entre l'ouverture d'aspira-
tion d'un groupe déterminé de cylindres et le tube de résonance un récipient ayant un volume déterminé récipient résonateur par exemple dans les solutions faisant l'objet du brevet hongrois No 161 323 et du brevet allemand No 1 935 155 Un système d'alimentation en gaz frais de ce genre agit comme un système de résonance, c'est-à-dire que le processus de chargement correspond par lui-même à une suralimentation en résonance La suralimentation en résonance peut être appliquée à des moteurs autres que ceux opérant par aspiration, car le système d'alimentation en gaz frais par résonance est également efficacement interposé entre un dispositif de suralimentation correspondant et le moteur Cette dernière solution de suralimentation est connue sous la désignation de "suralimentation combinée" Le fluide s'écoulant dans le système de résonance est excité par l'aspiration périodique du groupe de cylindres du moteur qui sont reliés au récipient-résonateur
et dont les cycles d'aspiration ne se chevauchent pratiquement pas.
Lorsque la fréquence d'excitation coïncide avec la fréquence de vibration propre du système de résonance, il se produit dans le système d'alimentation en gaz frais une résonance et les vibrations amplifiées du gaz assurent la suralimentation des cylindres du moteur à un degré considérable. Pour des rapports dimensionnels déterminés entre les différents éléments du système de résonance, les vibrations du gaz augmentent la suralimentation des cylindres non seulement à la vitesse du moteur pour laquelle s'établit la résonance mais également dans une large plage de vitesses de rotation du moteur, comme décrit par exemple dans les solutions faisant l'objet du brevet autrichien No 330 506 et du brevet anglais No 1 400 059, bien que la plus grande efficacité de
suralimentation se manifeste dans le cas de la résonance.
Une propriété avantageuse du système consiste en ce que la résonance peut être réglée non seulement en fonction d'une vitesse élevée de rotation du moteur mais également, par un choix correspondant de la fréquence de vibration propre du système de résonance, il est possible d'améliorer l'alimentation en gaz frais également pour des vitesses de rotation du moteur assez basses, sans que le système
perturbe le mode de fonctionnement du moteur aux vitesses élevées.
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La fréquence propre de vibration du fluide s'écoulant dans le
système de résonance est fonction à la différence de la suralimen-
tation par le tuyau d'admission non seulement de la longueur du tube de résonance de section constante mais également, de sa section et du volume de l'espace entrant en résonance, comme cela a été pré- cisé par F Anisits et F Spinnler dans leur article "Entwicklung der kombinierten Aufladung am neuen Saurer-Fahrzeug-Dieselmotor D 4 KT", paru dans la Revue MTZ, Année 1978, No 10 Le maintien des dimensionsou des rapportsdimensiônnels nécessaires pour établir la fréquence propre de vibration désirée ainsi que le mode de fonctionnement le plus favorable (se référer à cet égard par exemple au brevet autrichien No. 330 506),est cependant associé à des moyens qui augmentent la complexité de construction du système de résonance et son montage dans le volume disponible dans l'environnement du moteur L'agencement de construction de récipients-résonateurs ayant des dimensions déterminées, notamment des tubes de résonance, a déjà été envisagé dans le domaine connu, comme décrit par exemple dans les brevetshongrois Nos 173 034 et 175 875, dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 4 064 696, ou dans la
demande de brevet allemand publiée sous le No 2 831 985.
Bien que-les constructions citées utilisent d'une manière favorable le volume disponible à côté d'un moteur comportant six cylindres en ligne; aucune desdites solutions ne peut en pratique être modifiée de façon que les dimensions soient assez grandes pour obtenir un mode
de fonctionnement favorable.
En conséquence, l'encombrement des structures connues, et par ailleurs agencées de façon favorable, est élevé, ce qui constitue un
obstacle à une application pratique dans de nombreux cas.
L'invention a en conséquence pour objectif d'éliminer les diffi-
cultés d'agencement et de montage des systèmes connus d'alimentation en gaz frais par résonance de moteurs à combustion interne à pistons, ou bien d'agencer un tel moteur à combustion interne à pistons de manière que le système d'alimentation en gaz frais en résonance améliore efficacement le fonctionnement du moteur tout en ayant des dimensions réduites Un autre objectif de l'invention consiste dans la réduction des dimensions du système de résonance, et par conséquent
du poids du moteur et des frais de fabrication.
L'invention est basée sur le fait que les dimensions du système de résonance, lors d'un maintien des proportions dimensipnnelles précitées, peuvent être réduites de la façon plus efficace dans le cas
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o la section du tube de résonance est diminuée car ainsi on obtient non seulement une diminution de section mais également, en vue du maintien des proportions dimensionnelles conditionnées par l'efficacité de fonctionnement, une plus faible longueur de tube et/ou un plus faible volume de résonance, bien que la section du tube de résonance soit assujettie à des limites par la vitesse du gaz sortant du tube ou bien par la grandeur de l'énergie cinétique qui est essentiellement perdue lors de sa sortie hors du tube vers le récipient, ce qui augmente le cas échéant de façon inadmissible les pertes de charge du système
de résonance.
Le problème est résolu conformément à l'invention en ce que la section moyenne du tube de résonance, et ainsi toute les dimensions, déterminantes et essentielles en ce qui concerne les possibilités de montage, du système de résonance, sont réduites à un degré important et
également sans augmenter les pertes de charge dans le gaz frais s'écou-
lant dans une direction et dans l'autre à grande vitesse dans le tube de résonance, la section du tube de résonance étant réduite à un degré qui n'est pas identique sur toute la longueur du tube mais qui augmente à mesure qu'on s'éloigne des extrémités du tube, c'est-à-dire que la
section s'élargit en direction des extrémités du tube au moins cepen-
dant en direction de l'extrémité du tube qui est reliée au récipient-
résonateur par comparaison à la section minimale du tube; ainsi, du fait de l'élargissement de la section du tube, la vitesse du gaz s'établissant dans le tube de résonance est ralentie et une partie importante de l'énergie cinétique de la colonne de gaz peut être encore récupérée dans le tube; en outre, le jet de gaz sortant par l'extrémité du tube vers le récipient peut parvenir sans entrave également dans les parties les plus éloignées du récipient, ce qui permet d'exploiter
au cours de ce mouvement la fraction d'énergie cinétique encore dispo-
nible à la sortie du tube L'action perturbatrice de la réflexion d'ondes résultant de l'élargissement de la section du tube en direction des extrémités qui provoquerait une augmentation excessive des ondes produites dans le tube de résonance est éliminée par le fait que le volume de l'espace entrant en résonance est bien plus grand que le volume du tube de résonance Un volume de résonance relativement grand peut recevoir notamment la quantité de gaz pénétrant dans le tube de résonance sans limitation importante et sans effet de collision
ou d'étranglement, c'est-à-dire sans augmentation brusque de pression.
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Ainsi, il ne se produit à l'extrémité du tube aucune réflexion d'ondes d'un caractère déterminant, comme c'est le cas par exemple pour une suralimentation par le tube d'admission o la colonne de gaz arrive directement, sans interposition d'un récipient-résonateur, sur l'orifice d'aspiration du cylindre La légère réflexion d'ondes n'exerce également, dans le cas d'une section variable de tube, aucun effet déterminant sur la fréquence propre de vibration du système, qui reste ainsi également fonction,en outre,de la longueur totale du tube y compris la longueur des tronçons de tube à élargissement de section -,de la section moyenne
du tube et du volume entrant en résonance.
Ainsi -à la différence des solutions connues on n'a pas à aug-
menter la longueur du tube de résonance, déterminée par le fonctionnement le plus favorable, de la longueur des tronçons de tube s'élargissant
en direction des extrémités de ce dernier.
L'invention a pour objet un moteur à combustion interne a pistons, comportant un système d'amélioration par résonance de l'alimentation en gaz frais, qui comporte au moins un récipient-résonateur relié aux orifices d'aspiration d'un groupe de cylindres déterminés du moteur individuellement par l'intermédiaire de tuyaux de gaz frais, d'une longueur maximale exprimée en mètres d'au plus n/1500 (n étant la vitesse de rotation/minute), et au moins un tube de résonance relié
audit récipient-résonateur, la section du tube de résonance s'élargis-
sant, au moins à proximité de l'extrémité du tube qui est située du côté du résonateur, en direction du récipient-résonateur, tandis que la section de l'extrémité de tube, reliée au récipient-résonateur, dans le plan perpendiculaire à l'axe du tube, étant au moins égale à 1,2 fois la section minimale du tube de résonance, la distance entre l'extrémité de tube reliée au récipient-résonateur et la paroi opposée du récipient, mesurée sur le prolongement de l'axe du tube, étant supérieure au diamètre d'un cercle présentant la même section que la section de l'extrémité raccordée du tube, le volume de l'espace entrant en résonance étant au moins égal à 2,5 fois le volume du tube de résonance, auquel cas le volume de l'espace entrant en résonance est égal à la somme du volume du récipient-résonateur, du volume des tuyaux de gaz frais reliés à celui- ci et du volume moyen rapporté à un cycle de vibration du ou des cylindres qui communiquent avec le
récipient-résonateur par l'intermédiaire du ou des orifices d'aspi-
ration qui sont ouverts pendant la durée du cycle de vibration.
Selon un autre mode avantageux de réalisation du moteur à combustion
interne à pistons suivant l'invention, la section droite du tube de ré-
sonance à proximité de l'extrémité de tube opposée au récipientrésonateur, s'élargit dans la direction opposée au récipient-résonateur, tandis que la section, placée dans le plan perpendiculaire à l'axe du tube, de l'extrémité de tube éloignée du récipient-résonateur est au moins égale
à 1,2 fois le diamètre minimal du tube de résonance.
Selon encore un autre mode avantageux de réalisation du moteur à combustion interne à pistons suivant l'invention, celui-ci comporte plus d'un récipient-résonateur, car les cylindres sont répartis en plusieurs groupes comportant chacun au moins un tube de résonance raccordé, l'extrémité des tubes de résonance qui est la plus éloignée du récipient
de résonance est une extrémité de tube raccordée à un récipient d'équi-
librage et la distance existant entre cette extrémité et la paroi opposée du récipient, mesurée sur le prolongement de l'axe du tube, est supérieure au diamètre d'un cercle ayant la même section que
celle de l'extrémité raccordée du tube.
Conformément à encore une autre caractéristique du moteur à combustion interne selon l'invention, le récipient d'équilibrage est
relié au côté-pression d'un dispositif de chargement ou suralimentation.
D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront
à la lecture de la description suivante et des figures jointes, données
à titre illustratif mais non limitatif.
La Figure 1 représente un moteur à quatre temps et à six cylindres en ligne, avec turbo-suralimentation et un système d'alimentation en gaz frais par résonance destiné à améliorer ou amplifier l'alimentation des
cylindres et représenté en coupe.
La Figure 2 représente un détail du système d'alimentation en gaz frais par résonance du moteur de la Figure 1, cette figure montrant en coupe à échelle agrandie la liaison du récipient-résonateur et du tube de résonance; et la Figure 3 représente un détail du système d'alimentation en gaz frais par résonance du moteur de la Figure 1, cette figure montrant-en
coupe à échelle agrandie la liaison du tube de résonance avec le réci-
pient d'équilibrage.
Le moteur à combustion interne représenté sur la Figure 1 est un moteur à quatre temps et à six cylindres en ligne, designés par les références 1 à 6 et dans lesquels sont disposés les pistons 7 à 12, la séquence d'allumage étant classique: 1-5-3-6-2-4 Les cylindres 1 à 6 sont pourvus des orifices d'aspiration et soupapes d'admission 13 à 18, qui sont reliés au système d'alimentation en gaz frais par résonance
améliorant l'alimentation en gaz frais des cylindres 1 à 6.
La cylindrée totale du moteur s'élève à 12 litres et ainsi, la cylindrée de chacun des cylindres 1 à 6 est de 2 litres; la vitesse nominale de
rotation du moteur s'élève à 2200 t/min Par suite du mode de fonction-
nement à quatre temps et de la séquence d'allumage précitée, la course
d'allumage dans les deux groupes de cylindres 1, 2, 3 et 4, 5, 6 cor-
respond à un angle de rotation de vilebrequin de 2400 L'angle de maintien d'ouverture des orifices d'aspiration 13 à 18 est choisi égal à 2400, de sorte que, dans les groupes de cylindres 1 à 3 et 4 à 6, les périodes d'admission des différents cylindres 1 à 3 et 4 à 6 ne se chevauchent pas mutuellement Cela offre la possibilité de relier les orifices d'admission 13 à 15 des cylindres l à 3, à l'aide des tuyaux de gaz frais 19 à 21, au récipient-résonateur 31, et de relier les orifices d'admission 16 à 18 des cylindres 4 à 6, à l'aide des tuyaux de gaz frais 22 à 24, au récipient-résonateur 32 La longueur des tuyaux de gaz frais 19 à 24 depuis les orifices d'admission 13 à 18 jusqu'à leur section 25 à 30 reliée au résonateur 31 ou 32 est choisie égale à 0,2 m, et elle est par conséquent plus petite que la valeur déduite du rapport n/1500 =-1,46 m, auquel cas N est égal à la vitesse nominale de rotation du moteur, c'est- à-dire 2200 t/min, tandis que
1500 est une constante expérimentale.
L'extrémité 35 du tube de résonance 33 est placée à l'opposé de la paroi 49 du récipient-résonateur 31 comportant les sections de raccordement 25 à 27 des tuyaux de gaz frais 19 à 21 L'extrémité 36 du tube de résonance 34 est disposée à l'opposé de la paroi 50 du
récipient-résonateur recevant les sections de raccordement 28 à 30.
L'extrémité 35 du tube de résonance 33 est reliée au récipient-résona-
teur 31, tandis que l'extrémité 36 du tube de résonance 34 est reliée au récipient-résonateur 32 Les extrémités de tubes 37 et 38 qui sont
éloignées des récipients-résonateurs 31, 32 débouchent dans le réci-
pient d'équilibrage 39, qui est relié par l'intermédiaire de l'orifice d'entrée 40 et du tube de liaison 41 au côté-pression 42 a du dispositif de chargement ou suralimentation 42 Sur la figure, le dispositif de suralimentation 42 a été représenté sous la forme d'un turbo-compresseur
à gaz d'échappement On pourrait cependant également utiliser des dis-
positif de suralimentation correspondant à une autre conception et à
un autre mode de fonctionnement.
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L'action périodique d'aspiration des cylindres 1 à 3 met en vibra-
tion le gaz frais s'écoulant dans le récipient-résonateur 31 et vers les orifices d'admission 13 à 15 via le système d'alimentation en gaz frais par résonance, constitué par le tube de résonance 33 relié audit résonateur En tenant compte du fait que la course d'al-
lumage des cylindres 1 à 3 reliés au récipient-résonateur 31 corres-
pond à un angle de rotation de vilebrequin de 2400, les temps d'aspi-
ration des pistons 7 à 9 se succèdent à intervalles de 2400, c'est-à-
dire que, lors de l'excitation des vibrations de gaz, la durée de chaque cycle de vibration correspond à une rotation de vilebrequin de
240 , indépendamment de la vitesse momentanée de rotation du moteur.
Les orifices d'admission 13 à 15 ouverts pendant la durée correspondante de I rotation angulaire de 240 ' sont ainsi ouverts également pendant un cycle de vibration complet et, pour cette raison, il s'établit toujours
une communication, au cours de chaque cycle de vibration, entre seule-
nient un des trois cylindres 1 à 3 et le récipient-résonateur 31.
A l'instant représenté, le cylindre 1 communique par exemple avec le récipient-résonateur 31 par l'intermédiaire de l'orifice d'admission
13 ouvert.
Dans ce cas, le volume moyen, la par rapport à un cycle de vibration complet, du cylindre 1 communiquant avec le récipient-résonateur 31 par l'intermédiaire de l'orifice d'admission ouvert 13, correspond à
la valeur moyenne algébrique du volume momentané de cylindre s'éta-
blissant depuis l'ouverture jusqu'à la fermeture de l'orifice d'ad-
mission 13 couvrant un angle de 2400 de rotation du vilebrequin.
Si le maintien de l'orifice d'admission 13 en condition d'ouverture durait moins que la durée d'une période de vibration, l'orifice d'admission 13 resterait ouvert, dans l'exemple considéré, non pas pendant la durée d'un intervalle de rotation de 2400 mais seulement pendant la durée d'un intervalle de rotation de p ex.
2000, et il faudrait alors tenir compte, pendant la période s'éten-
dant depuis l'ouverture jusqu'à la fermeture de l'orifice d'admission 13, du volume momentané de cylindre s'établissant au cours d'un intervalle angulaire de 2000 car, pendant la durée de l'intervalle angulaire restant de 40 , le cylindre 1 n'est pas en communication avec le récipientrésonateur 31 par l'intermédiaire de l'orifice d'admission 13 A l'instant représenté, le cylindre 5 communique avec le récipient-résonateur 32 par l'intermédiaire de l'orifice d'admission ouvert 17 Dans ce cas, le volume moyen 5 a,(rapporté l'ensemble d'un
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cycle de vibration) du cylindre communiquant avec le récipient-résonateur 32 par l'intermédiaire de l'orifice d'admission 17 ouvert, correspond à
la valeur moyenne algébrique du volume momentané de cylindre s'établis-
sant depuis l'ouverture jusqu'à la fermeture de l'orifice d'admission 17 qui couvre un angle de rotation de 2400. Au cours d'applications pratiques, on peut également rencontrer le cas o la durée de maintien d'ouverture des orifices d'admission 13 à 18 est plus longue qu'un cycle de vibration Dans l'exemple de réalisation considéré, cela peut se produire lorsque les orifices d'admission 13 à 18
sont ouverts pendant la durée de l'intervalle angulaire de 240 .
Si on choisit par exemple une durée de maintien d'ouverture de 260 , il s'établit un chevauchement de 200 entre les périodes d'admission des différents cylindres 1 à 6 Lors de la détermination du volume moyen de cylindre, il faut tenir compte dans de telles conditions qu'au cours de la période de chevauchement de 200, du fait que parmi les orifices d'admission 13 à 15 ou 16 à 18 deux orifices sont ouverts simultanément, il s'établit à chaque fois une communication entre deux cylindres des groupes 1 à 3 et 4 à 6 avec le récipient-résonateur
31 ou 32.
Le volume moyen de cylindre la défini ci-dessus, le volume 19 a du tuyau de gaz frais 19, et en outre les volumes 20 a et 21 a des tuyaux de gaz frais 20 et 21 communiquant avec le récipient-résonateur 31 quand les orifices d'admission 14 et 15 sont fermés, ainsi que le volume 31 a
du récipient-résonateur 31,forment ensemble un espace de résonance.
Le volume V de l'espace de résonance considéré comme la somme des volumes la, 19 a, 20 a, 21 a et 31 a s'élève à 10 litres dans l'exemple considéré. D'une manière semblable, le volume moyen de cylindre 5 a, le volume 23 a du tuyau de gaz frais, et en outre les volumes 22 a et 24 a
des tuyaux de gaz frais 22 et 24 communiquant avec le récipient-
résonateur 32 quand les orifices d'admission 16 et 18 sont fermés, ainsi que le volume 32 a du récipient-résonateur 32 forment en commun un espace de résonance Le volume V de l'espace de résonance considéré comme la somme des volumes 5 a, 22 a, 23 a, 24 a et 32 a s'élève à 10 litres
dans l'exemple considéré.
Le tube de résonance 33 relié au récipient-résonateur 31 ainsi que le tube de résonance 34 relié au récipient-résonateur 32 sont agencés de manière à comporter un tronçon tubulaire 43 ou 44 ayant une
14822
section minimale moyenne, la valeur numérique de la section minimale
de tube 43 a ou 44 a s'élevant à 46 cm 2 dans l'exemple considéré.
Les tubes de résonance 33 et 34 comportent, à leurs deux extrémités, des tronçons tubulaires 45, 47 et 46, 48, s'élargissant en direction des extrémités de tubes 35, 37 ou 36, 38 De cette manière, le tronçon 43 de section minimale du tube de résonance 33 est relié à l'un des tronçons tubulaires 45 comportant une section qui s'élargit, et par conséquent, la section 35 a de l'extrémité de tube 35 reliée au récipient résonateur 31 est plus grande que la section 43 a du tronçon de tube 43 présentant la section minimale Au voisinage de l'extrémité de tube 37 qui est placée à l'opposé du récipient-résonateur 31, on obtient un agencement de tube semblable, c'est-à-dire que le tronçon de tube 43 est relié, dans la direction opposée au récipient-résonateur 31, à un tronçon de tube comportant une section 47 qui s'élargit, et en conséquence, la section 37 a de l'extrémité de tube 37 est plus grande que la section du tronçon de tube 43 correspondant à la section minimale. Du fait de l'élargissement de la section du tube de résonance 33, il faut s'attendre dans ce cas à ce que la grandeur des sections 35 a
et 37 a soit au moins égale à 1,2 fois la section minimale de tube 43 a.
En vue d'obtenir l'effet optimal, il est cependant avantageux de choisir
un élargissement de section supérieur à la valeur précitée.
Dans l'exemple considéré, les sections 35 a et 37 a sont supérieures de 1,6 fois à la section 43 a et leur valeur numérique s'élève à 25,6 cm 2.
Les sections 36 a, 38 a de l'extrémité 36 et de l'extrémité 38 du tube de résonance 34 présentent les mêmes dimensions ou les mêmes rapports dimensionnels, ledit tube étant relié par l'intermédiaire des tronçons de section élargie 46, 48 avec le tronçon tubulaire 44 associé à la
section minimale de tube 44 a.
La longueurs des tubes de résonance 33 et 34 entre les extrémités
de tubes 35, 37 et 36, 38 (y compris les longueurs des tronçons tubu-
laires 45, 47 ou 46, 48 présentant un élargissement de section) sont choisies de telle sorte que le système d'alimentation en gaz frais par résonance possède l'efficacité maximale améliorant la suralimentation dans le cas d'une vitesse moteur tombant en dessous de la moitié de la
vitesse nominale, ce qui correspond à 1000 t/min dans l'exemple considéré.
La résonance dans le système d'alimentation en gaz frais est établie pour cette vitesse sélectionnée du moteur en fonction de la fréquence
d'excitation des vibrations dans les cylindres 1 à 3 et 4 à 6.
Pour satisfaire à cette condition, on donne à la longueur des tubes de résonance 33 ou 34 une valeur de 0,73 m ou bien on donne aux volumes
33 a, 34 a une valeur de 1; 2 litre pour les sections précitées(des tron-
çons)43 a, 44 a, 35 a, 37 a et 36 a, 38 a Les tronçons tubulaires 45, 47 et 46, 48 comportant un élargissement de section ont une forme conique avec une génératrice rectiligne De cette manière le volume V de l'espace de résonance est 8,4 fois plus grandquelesvolur 1 es 33 a et 34 a
des tubes de résonance 33 et 34.
En vue d'établir l'écoulement de gaz frais le plus favorable, le récipient-résonateur 31 est disposé dans l'embouchure de l'extrémité 35 du tube de résonance 33 de manière que la distance 56, mesurée sur le prolongement de l'axe 55 du tube de résonance 33, entre la paroi
opposée de récipient 49 et la section de forme circulaire 35 a, perpen-
diculaire à l'axe 55, de l'extrémité de tube 35, soit supérieure au
diamètre de la section 35 a, à savoir 0,08 m dans l'exemple considéré.
D'une manière semblable, le récipient-résonateur 32 est agencé de manière que la distance 56, mesurée sur le prolongement de l'axe 55 du tube de résonance 34, entre la paroi opposée de récipient 50 et la
section de forme circulaire 36 a, perpendiculaire à l'axe 55, de l'ex-
trémité de tube 36, soit supérieure au diamètre de la section 36 a,
à savoir 0,08 m dans l'exemple considéré.
En vue de l'établissement d'un écoulement de gaz frais favorable, le récipient d'équilibrage 39 est agencé, en ce qui concerne l'extrémité 37 du tube de résonance 33, de manière que la distance 57, mesurée sur le prolongement de l'axe 55 du tube de résonance 33, entre la paroi
opposée de récipient 51 et la section de forme circulaire 37 a, perpen-
diculaire à l'axe 55, de l'extrémité de tube 37, soit supérieure au
diamètre de la section 37 a, à savoir 0,08 m dans l'exemple considéré.
D'une manière semblable, le récipient d'équilibrage correspondant à l'embouchure de l'extrémité 38 du tube de résonance 34 est agencé de telle sorte que la distance 57, mesurée sur le prolongement de l'axe 55 du tube de résonance 34, entre la paroi opposée de récipient 51 et la section circulaire de raccordement 38 a, perpendiculaire à l'axe 55, de l'extrémité de tube 38, soit supérieure au diamètre de la
section 38 a, qui s'élève à 0,08 m dans l'exemple considéré.
La Figure 2 montre le raccordement du tube de résonance 33 et du récipient-résonateur 31, à échelle agrandie et dans le cas d'une forme
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de récipient qui s'écarte de celle de la Figure 1 Ni l'extrémité de
tube 35 ni la paroi opposée de récipient 49 ne sont orientées perpen-
diculairement à l'axe 55 du tube de résonance 33 L'extrémité de tube est pourvue d'un arrondi 54 qui n'est pas pris en considération lors de la détermination des dimensions et l'extrémité de tube 35 s'étend jusqu'à la paroi du récipient-résonateur de réception de ladite extrémité de tube et jusqu'au tronçon tubulaire 45 comportant la section qui s'élargit et dont les bords extrêmes sont définis par les points d'intersection 52 et 53 Par l'expression "section de l'extrémité de tube 35 ", on entend la section 35 a perpendiculaire à
l'axe 55 et située dans le plan passant par le point d'intersection 52.
La distance 56 entre l'extrémité de tube 35 et la paroi de récipient 59 doit être considérée comme la distance d'espacement entre les points d'intersection de l'axe 55 du tube de résonance 33 avec la paroi de
récipient 49 et les droites reliant les points d'intersection 52 et 53.
La Figure 3 montre le raccordement du récipient d'équilibrage 39 avec le tube de résonance 33 à échelle agrandie L'extrémité de tube 37 est pourvue de l'arrondi 58 qui n'est pas pris en considération lors
de la détermination des dimensions et l'extrémité de tube 37 est con-
sidérée comme s'étendant jusqu'à la ligne d'intersection de la paroi du récipient d'équilibrage recevant l'extrémité de tube 37 et du tronçon de tube 47 présentant l'élargissement de section, ce qui est
matérialisé par le point d'intersection 59.
L'utilisation des tuyaux de gaz frais 19 à 24 ne correspond à aucune hypothèse obligatoire du mode de fonctionnement du systéme, car il est également possible d'envisager une structure o les orifices d'admission et les sections 13 et 25 resp 14 et 26 resp 15 et 27 coïncident de telle sorte que le récipient-résonateur 31 soit relié directement avec les orifices d'admission 13 à 15 des cylindres 1 à 3, tandis que le récipientrésonateur 32 est relié directement et de la
même façon avec les orifices d'admission des cylindres 4 à 6.
A la différence de l'exemple de réalisation décrit ci-dessus, il n'est pas obligatoire que la section des tronçons 45, 46, 47 et 48, dont les sections s'élargissent, soit encore continue et on peut envisager avantageusement une structure dans laquelle l'augmentation totale de section est obtenue par interposition de plusieurs tronçons
augmentant de section et placés entre les tronçons de sections constantes.
Il est également avantageux que les élargissements des tronçons tubulaires
2 514822
, 46, 47 et 48 ne s'étendent pas directement jusqu'aux extrémités de tubes 35, 36, 37, 38, mais qu'au contraire, en leur voisinage immédiat, la section élargie conserve une valeur approximativement constante, ce qui permet de réaliser simplement la liaison du tube de résonance 33 ou 34 et du récipient-résonateur 31 ou 32 ou bien du récipient d'équili-
brage 39 aussi bien en ce qui concerne la construction que la technologie.
Dans des moteurs fonctionnant avec aspiration, sans dispositif de suralimentation, à la différence de l'exemple décrit ci-dessus, il est obligatoire que les deux extrémités de tubes 35 et 37 ou bien 36 et 38 des tubes de résonance 33 et 34 aient la même forme car, à l'endroit o
l'extrémité 35, 36 du tube de résonance 33, 34 s'écarte du récipient-
résonateur 31, 32 pour passer directement dans la zone environnante, il peut également être avantageux d'adopter une structure dans laquelle le tronçon tubulaire 45, 46 présentant l'élargissement de section soit
relié seulement à l'extrémité 35, 36 du tube de résonance qui est rac-
cordée au récipient-résonateur 31, 32.
Un moteur à combustion interne à pistons pourvu d'un système d'alimentation en gaz frais par résonance correspondant à l'exemple de réalisation précité fonctionne de la manière suivante Par suite de l'excitation provoquée par l'action périodique d'aspiration des cylindres 1 à 3, il se produit périodiquement une variation de pression, ainsi que des vibrations de pression dans l'espace de résonance, dont le volume est égal à la somme du volume 31 a du récipient-résonateur, des volumes 19 a, 20 a et 21 a des tuyaux d'alimentation en gaz frais 19, 20 et 21 et du volume moyen la, rapporté à un cycle de vibration, du cylindre placé en communication par l'orifice d'admission ouvert 13 pendant la durée du cycle de vibration de gaz frais dans la position momentanée représentée sur la Figure 1 Du fait que les points les plus éloignés
de l'espace de résonance le récipient-résonateur 31 et le cylindre la -
sont reliés avec les tuyaux de gaz frais 19 à 21 présentant au maximum une longueur de n-1500, la pression dans la totalité de l'espace de résonance varie temporellement de la même manière, de sorte qu'il ne peut se produire aucun déphasage important Les variations périodiques de pression dans le récipient-résonateur accélèrent et ralentissent le courant de gaz frais passant dans le tube de résonance 33 Sous l'effet de l'excitation des vibrations, le gaz frais est accéléré dans la
première moitié du passage d'admission en direction du récipient-réso-
nateur 31 et l'effet d'excitation des vibrations augmente, dans le tube
de résonance 33, l'énergie cinétique du courant de gaz frais.
2 '5 14822
La colonne de gaz frais, accélérée jusqu'à une vitesse élevée dans le tube de résonance 33, remplit l'espace de résonance dans la seconde moitié du processus d'admission à un degré tel que la pression régnant
dans cet espace, et par conséquent également le chargement en gaz frais -
du cylindre 1, soient considérablement augmentés Dans le tronçon 43 du tube de résonance 33 qui présente sa section minimale, il s'établit,
par suite de la section du tube qui est réduite de 30 à 70 % par com-
paraison aux réalisations connues, des vitesses très élevées, et pour cette raison, on peut obtenir, également avec un tube de résonance 33 relativement court, le niveau d'énergie cinétique nécessaire pour établir le mode de fonctionnement correspondant La vitesse engendrée dans le tronçon tubulaire 43 de section minimale est à nouveau réduite à l'extrémité du tronçon tubulaire 45 présentant un élargissement de section, et ainsi la vitesse très élevée du gaz est convertie à
nouveau en pression avant la pénétration dans le récipient-résonateur 31.
La vitesse de gaz nécessaire pour produire de grandes énergies de vibratio
n'est pour cette raison pas perdue à l'entrée dans le récipient-résona-
teur 31 mais elle peut être récupérée en majeure partie, de sorte que la perte de charge du système d'alimentation en gaz frais par résonance n'est pas augmentée L'effet perturbateur de la réflexion d'ondes se
produisant dans les tronçons tubulaires 45 et 47 présentant un élargis-
sement de section est éliminé par le fait qu'on choisit un volume V
de l'espace de résonance bien supérieur au volume du gaz frais s'écou-
lant dans le tube de résonance 31; dans l'exemple considéré, le volume V de l'espace de résonance est 8,4 fois plus grand Sous l'effet de la grande quantité de gaz frais s'écoulant ou se trouvant dans l'espace de résonance, il ne se produit pas de variation brusque de pression et, -aux extrémités de tubes 35, 37 c'est-à-dire également dans les tronçons tubulaires 45 et 47 présentant un élargissement de section il se
produit une réflexion négligeable en ce qui concerne son effet.
Ainsi, avec le tube de résonance 31 ne présentant pas une section constante, on peut obtenir, en ce qui concerne les vibrations, approximativement le même effet qu'avec les tubes connus présentant une section constante L'énergie cinétique restante du gaz frais qui sort de l'extrémité de tube 35, mais qui est cependant déjà réduite est utilisée pour le remplissage de l'espace de résonance également par le fait que la paroi de récipient 49 qui est opposée à l'extrémité de tube 35 est espacée d'une distance correspondante de cette extremité
de tube 35.
16 25 14822
De cette manière, l'énergie cinétique du jet libre sortant de l'extré-
mité de tube 35 est suffisante pour que du gaz frais puisse être intro-
duit également dans les parties éloignées du récipient-résonateur 31, de sorte qu'il n'est pas nécessaire de dépenser de l'énergie à cet effet, S car cela correspondrait à des pertes L'effet obtenu est encore amplifié
par la réduction de la section minimale du tube de résonance 31.
On obtient ainsi une possibilité qui est d'autant plus grande que le degré d'élargissement de section du tronçon tubulaire 45 est plus
grand Comme l'ont confirmé de nombreuses mesures effectuées en pra-
tique, on peut s'attendre à un bon mode de fonctionnement dans le cas
o la section 35 a de l'extrémité de tube 35 débouchant dans le récipient-
résonateur 31 est au moins égale, ou même supérieure, à 1,2 fois la section minimale de tube 43 a Dans l'exemple considéré, on pourrait réduire, pour un élargissement de section de 1,6 fois, la section minimale 43 a du tube de résonance 31 à un degré tel qu'il suffise d'utiliser un tube de résonance 33 de 0,73 m de longueur pour établir une résonance en accord parfait avec une vitesse de rotation assez basse du moteur ( 1000 t/min) On pourrait obtenir un résultat semblable avec des systèmes connus d'alimentation en gaz frais par résonance
ayant seulement une longueur de tube supérieure d'environ 50 %.
La réduction dimensionnelle pouvant être obtenue avec le tube de
résonance 31 permet également de réduire le volume 31 a du récipient-
résonateur 31 d'environ 30 à 40 % par comparaison aux solutions connues.
La réduction de volume ne signifie cependant pas qu'on n'ait à réduire le volume V de l'espace de résonance à une valeur inférieure à 2,5 fois le volume du tube de résonance raccordé 31 car dans ce cas on ne pourrait
déjà plus éviter l'effet perturbateur de la réflexion d'ondes se produi-
sant pour le tronçon tubulaire 45 présentant l'élargissement de section.
Un processus semblable se déroule également par suite de l'excitation de vibrations, provoquée par l'effet périodique d'aspiration des
cylindres 4 à 6, dans les tuyaux de gaz frais 22 à 24, dans le récipient-
résonateur 32 et dans le tube de résonance 34.
* Le gaz frais parvient, à partir du récipient d'équilibrage' 39, dans le tube de résonance 33 ou 34 correspondant à l'extrémité de tube 37 ou 38 et, sous l'action du turbo-compresseur 42, il pénètre par l'intermédiaire du tube de liaison 41, dans I' orifice d'entrée 40, le récipient d'équilibrage 39 amortissant du fait de son volume important
les variations de pression susceptibles de se produire.

Claims (4)

REVENDICATIONS
1. Moteur à combustion interne à pistons comportant un système
d'amélioration par résonance de l'alimentation en gaz f ais, qui com-
porte au moins un récipient-résonateur relié aux orifices d'aspiration d'un groupe de cylindres déterminés du moteur,individuellement par l'intermédiaire de tuyaux de gaz frais, d'une longueur maximale exprimée en mètres -d'au plus n/1500 (n étant le nombre de tours du moteur/
minute), et au moins un tube de résonance relié audit récipient-résona-
teur, caractérisé en ce que le tube de résonance ( 33, 34) est pourvu, au moins à proximité de son extrémité ( 35, 36) placée à côté du récipientrésonateur ( 31, 32), d'un tronçon ( 45, 46) dont la section s'élargit en directiondu recipient-résonateur ( 31, 32), en ce que la section ( 35 a, 36 a) dans le plan perpendiculaire à l'axe ( 55) du tube de résonance ( 33, 34), de l'extrémité de tube ( 35, 36) reliée au récipient-résonateur ( 31, 32) est au moins égale à 1,2 fois la section minimale ( 43 a, 44 a) du tube de résonance ( 33, 34), en ce que la distance ( 56), mesurée sur le prolongement de l'axe ( 55) du tube de résonance ( 33, 34), entre l'extrémité de tube ( 35, 36) reliée au récipient-résonateur ( 31, 32) et la paroi opposée de récipient ( 49, 50), est supérieure au diamètre d'un cercle présentant la même section que la section ( 35 a, 36 a) de l'extrémité raccordée du tube ( 35, 36), en ce que le volume (V) de l'espace entrant en résonance (la, 19 a, 20 a, 21 a, 31 a; 5 a, 22 a, 23 a, 24 a, 32 a) est au moins égal à 2,5 fois le volume ( 33 a, 34 a) du tube de résonance ( 33, 34) et en ce que le volume (V) est défini par la somme du volume ( 31 a; 32 a) du récipient-résonateur ( 31; 32), du volume ( 19 a,20 a, 21 a; 22 a, 23 a, 24 a) des tuyaux de gaz frais ( 19, 20, 21; 22, 23, 24) reliés à celui-ci et du volume moyen, par rapport à un cycle de vibration, du ou des cylindres ( 1, 5) mis en communication par l'intermédiaire du ou des orifices d'aspiration
( 13; 17) ouverts pendant la durée du cycle de vibration de gaz frais.
2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube de résonance ( 33, 34) est pourvu, au voisinage de l'extrémité de tube ( 37, 38) opposée au récipient-résonateur ( 31, 32) d'un tronçon
( 47, 48) dont la section s'élargit dans la direction opposée au récipient-
résonateur ( 31, 32) et en ce que la section ( 37 a, 38 a) dans le plan perpendiculaire à l'axe ( 55) du tube de résonance ( 33, 34), de
l'extrémité de tube ( 37, 38) la plus éloignée du récipient-
résonateur ( 31, 32) est au moins égale à 1,2 fois la section minimale
( 43 a, 44 a) du tube de résonance ( 33, 34).
3. Moteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé
en ce que les extrémités de tube ( 37, 38) les plus éloignées du récipient-résonateur ( 31, 32), des tubes individuels de résonance ( 33, 34) reliés aux récipients résonateurs ( 31; 32) des différents groupes de cylindres ( 1, 2, 3; 5, 6, 7),débouchent dans un récipient d'équilibrage ( 39) et en ce que la distance ( 57), mesurée sur le prolongement de l'axe ( 55) du tube de résonance ( 33, 34) entre l'extrémité de tube ( 37, 38) débouchant dans le récipient d'équilibrage ( 39) et la paroi opposée de récipient ( 51), est supérieure au diamètre
d'un cercle ayant la même section que la section ( 37 a, 38 a) de l'ex-
trémité de tube ( 37,38) débouchant dans le récipient d'équilibrage ( 39).
4. Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le récipient d'équilibrage ( 39) est relié au côté sous-pression ( 42 a) d'un
dispositif de chargement ou de suralimentation ( 42) en air du moteur.
FR8217452A 1981-10-20 1982-10-19 Moteur a combustion interne a pistons comportant un systeme d'amelioration par resonance de l'alimentation en gaz frais Expired FR2514822B1 (fr)

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