FR2879248A1 - Gas intake duct stopper for internal combustion engine of motor vehicle, has intake device with movable unit movable between two end positions in which duct is opened and closed, where unit is fixed in cylinder head - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif d'obturation des conduits d'admission d'un moteur à combustionDevice for closing the intake ducts of a combustion engine
interne La présente invention se rapporte à un dispositif d'obturation des conduits d'admission des gaz dans un cylindre d'un moteur à combustion interne, en particulier d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. Ces conduits sont, notamment, caractérisés par deux paramètres principaux: la perméabilité, qui caractérise la facilité avec laquelle lesdits conduits o laissent passer lesdits gaz à l'admission, et la turbulence, qui caractérise la rotation de la masse gazeuse dans le cylindre autour de l'axe dudit cylindre. Pour des moteurs diesel à injection directe, notamment, une turbulence élevée est, en particulier, nécessaire afin d'assurer un mélange correct entre carburant et comburant au moment de la phase d'injection: elle est, d'une manière classique, obtenue par des architectures spécifiques des conduits d'admission. The present invention relates to a device for closing the gas intake ducts in a cylinder of an internal combustion engine, in particular an internal combustion engine of a motor vehicle. These ducts are, in particular, characterized by two main parameters: the permeability, which characterizes the ease with which said ducts allow said gases to pass through the inlet, and the turbulence, which characterizes the rotation of the gaseous mass in the cylinder around the axis of said cylinder. For direct injection diesel engines, in particular, high turbulence is, in particular, necessary to ensure a correct mixture of fuel and oxidant at the time of the injection phase: it is, in a conventional manner, obtained by specific architectures of the intake ducts.
La perméabilité et la turbulence varient à l'inverse l'une de l'autre: en effet, aux faibles charges du moteur, le besoin en perméabilité est peu élevé, alors que le besoin en turbulence est fort; en revanche, lorsque la charge du moteur est élevée, te mélange du carburant et du comburant se fait plus facilement, ne nécessitant que de faibles niveaux de turbulence, alors que le besoin en perméabilité est, dans ce cas, plus fort. Permeability and turbulence vary inversely from each other: in fact, at low engine loads, the permeability requirement is low, whereas the need for turbulence is high; on the other hand, when the engine load is high, mixing the fuel and the oxidant is easier, requiring only low levels of turbulence, while the need for permeability is, in this case, stronger.
La difficulté, pour atteindre une combustion correcte dans tous les régimes du moteur, est alors de réaliser un ou plusieurs compromis satisfaisants entre ces 25 deux paramètres. The difficulty in achieving correct combustion in all engine speeds is then to achieve one or more satisfactory compromises between these two parameters.
Les solutions mises en place pour résoudre cette problématique sont principalement de deux types: définition d'un compromis unique pour tous les points de fonctionnement du moteur, ou mise en place, à l'intérieur du conduit d'admission, d'un volet mobile conduisant à dégrader la perméabilité, et, par là, permettant d'augmenter la turbulence. The solutions put in place to solve this problem are mainly of two types: defining a single compromise for all operating points of the engine, or setting up, within the intake duct, a movable flap leading to degrade the permeability, and thereby to increase turbulence.
La première de ces solutions est la plus simple à réaliser, mais ne permet, par définition, aucun ajustement en fonction des régimes du moteur. Par ailleurs, dans certains cas, il peut s'avérer impossible de définir un compromis unique. The first of these solutions is the simplest to achieve, but does not allow, by definition, any adjustment according to engine speeds. On the other hand, in some cases it may not be possible to define a single trade-off.
Une solution couramment adoptée est alors la mise en place, dans le conduit d'admission, d'un volet mobile destiné à modifier l'écoulement de la masse gazeuse. A commonly adopted solution is then the establishment in the intake duct, a movable flap for changing the flow of the gas mass.
Le document US4760821 présente ainsi un dispositif dans lequel, de manière connue dans l'état de la technique, deux conduits d'admission de gaz sont o associés à un cylindre d'une chambre de combustion. Le premier de ces conduits, ou conduit "de turbulence", présente une architecture spécifique permettant la mise en rotation de la masse gazeuse à son entrée dans ledit cylindre: en particulier, ledit premier conduit forme, au voisinage de son débouché dans ladite chambre de combustion, sensiblement une spirale. Le is second de ces conduits, ou conduit "de remplissage", présente une géométrie plus simple, et comporte un volet mobile en rotation autour d'un axe solidaire dudit conduit. Ce volet peut prendre différentes positions entre une première position extrême où il n'obture pas ledit conduit "de remplissage" et est dans un plan sensiblement parallèle à la direction principale d'écoulement du flux gazeux, et une seconde position extrême de travail dans laquelle ledit volet obture sensiblement la totalité dudit conduit "de remplissage". Lorsque te moteur à combustion interne fonctionne avec une charge élevée, le besoin en perméabilité est important, le volet est alors en position de repos, dans laquelle il ne perturbe que de façon minimale l'écoulement de la masse gazeuse au travers du conduit d'admission "de remplissage". Lorsque le moteur à combustion interne fonctionne avec une faible charge, et ainsi qu'il a été précédemment évoqué, le besoin en perméabilité est faible devant le besoin en turbulence: le volet prend alors une position intermédiaire dans laquelle il obture, de manière plus ou moins importante en fonction du besoin, ledit conduit d'admission "de remplissage", perturbant ainsi l'écoulement de ladite masse gazeuse au sein dudit conduit. Document US4760821 thus presents a device in which, in a manner known in the state of the art, two gas admission ducts are associated with a cylinder of a combustion chamber. The first of these ducts, or "turbulence" duct, has a specific architecture enabling the gaseous mass to be rotated at its inlet into said cylinder: in particular, said first duct forms, in the vicinity of its outlet in said chamber, combustion, substantially a spiral. The second of these conduits, or "filling" conduit, has a simpler geometry, and comprises a flap movable in rotation about an axis integral with said conduit. This flap can take different positions between a first extreme position where it does not close said "filling" duct and is in a plane substantially parallel to the main flow direction of the gas flow, and a second extreme working position in which said shutter substantially closes all of said "filling" duct. When the internal combustion engine operates with a high load, the need for permeability is important, the flap is then in the rest position, in which it only minimally disturbs the flow of the gas mass through the duct. "filling" admission. When the internal combustion engine operates with a low load, and as previously mentioned, the need for permeability is low in view of the need for turbulence: the flap then takes an intermediate position in which it closes more or less important depending on the need, said inlet duct "filling", thus disrupting the flow of said gas mass within said duct.
Un tel dispositif induit toutefois, y compris lorsque le volet est dans sa première position extrême dans laquelle l'obturation dudit conduit "de remplissage" est minimale, des perturbations dans la direction de l'écoulement, ainsi que des pertes de charge le long dudit conduit, et dégrade ainsi la qualité dudit écoulement. Il peut, en outre, s'avérer relativement difficile de contrôler avec précision le positionnement du volet au sein dudit conduit, et ledit volet peut également s'encrasser au cours du temps, induisant une dégradation des performances du système. Such a device induces however, including when the flap is in its first extreme position in which the closure of said "filler" duct is minimal, disturbances in the direction of flow, as well as pressure losses along said leads, and thus degrades the quality of said flow. In addition, it may be relatively difficult to precisely control the positioning of the flap within said duct, and said shutter can also clog up over time, leading to a degradation of the performance of the system.
La présente invention a pour but de proposer un système permettant l'obturation d'un conduit d'admission de gaz à une chambre de combustion de o manière à générer un niveau de turbulence variable et facilement contrôlable, et présentant un risque limité d'encrassement. The present invention aims to provide a system for closing a gas inlet duct to a combustion chamber so as to generate a variable and easily controllable level of turbulence, and with a limited risk of fouling .
L'invention atteint son but grâce à un dispositif d'obturation des conduits d'admission des gaz dans un cylindre d'une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, dans lequel au moins un premier et un deuxième conduits permettent auxdits gaz d'entrer dans ledit cylindre, chacun desdits au moins un premier et deuxième conduits débouchant, à l'une de ses extrémités, sur la culasse dudit moteur, et débouchant, à son extrémité opposée, dans ledit cylindre, dans lequel ledit au moins un premier conduit est approprié pour un remplissage maximal dudit cylindre et ledit au moins un deuxième conduit est approprié pour une mise en rotation, dans ledit cylindre, du flux de gaz te traversant, ledit dispositif d'admission comportant en outre un élément mobile entre une première position extrême dans laquelle il n'obture pas ledit au moins un premier conduit et une seconde position extrême dans laquelle il obture sensiblement totalement ledit au moins un premier conduit, ledit élément mobile pouvant prendre un ensemble de positions intermédiaires dans lesquelles il obture partiellement ledit au moins un premier conduit, caractérisé en ce que ledit élément mobile est fixé sur ladite culasse. The invention achieves its goal by means of a device for closing the gas intake ducts in a cylinder of a combustion chamber of an internal combustion engine, in which at least a first and a second duct allow said gas to enter said cylinder, each of said at least a first and second conduit opening, at one of its ends, on the cylinder head of said engine, and opening, at its opposite end, into said cylinder, wherein said at least one first duct is suitable for a maximum filling of said cylinder and said at least one second duct is suitable for a rotation in said cylinder of the flow of gas passing through said intake device further comprising a movable element between a first extreme position in which it does not close said at least one first conduit and a second end position in which it substantially substantially closes said at least a first con duit, said movable member being able to take a set of intermediate positions in which it partially closes said at least one first conduit, characterized in that said movable element is fixed on said cylinder head.
Avantageusement, la surface dudit élément mobile est sensiblement parallèlement à la surface de ladite culasse au voisinage des ouvertures desdits au moins un premier et deuxième conduits sur celle-ci, et sensiblement perpendiculairement à la direction desdits premier et deuxième conduits à leur extrémité débouchant sur ladite culasse. Advantageously, the surface of said movable member is substantially parallel to the surface of said yoke in the vicinity of the openings of said at least first and second ducts thereon, and substantially perpendicular to the direction of said first and second ducts at their ends opening on said cylinder head.
Avantageusement, une partie dudit élément mobile est évidée, et la surface de ladite partie évidée est sensiblement supérieure ou égale à la somme des surfaces des ouvertures desdits au moins un premier et deuxième conduits dans ladite culasse et de la surface de l'élément de ladite culasse compris entre ces deux dites ouvertures. Advantageously, a portion of said movable member is recessed, and the surface of said recessed portion is substantially greater than or equal to the sum of the surfaces of the openings of said at least first and second ducts in said cylinder head and the surface of the element of said cylinder head between these two said openings.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, ledit élément mobile est un disque sensiblement plan, mobile en rotation autour de son axe de révolution. Avantageusement, la surface de ladite partie évidée est sensiblement égale à la moitié de la surface dudit disque. ro In a preferred embodiment of the invention, said movable element is a substantially plane disk rotatable about its axis of revolution. Advantageously, the surface of said recessed portion is substantially equal to half the surface of said disk. ro
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un mode de réalisation préféré de l'invention, la figure 2 est une vue de côté, selon ta direction indiquée par la flèche A sur la figure 1, d'un mode de réalisation préféré de l'invention, la figure 3A est une vue, dans un plan sensiblement parallèle à la surface dudit élément mobile, de ta première position extrême dudit élément mobile, la figure 3B est une vue, dans un plan sensiblement parallèle à la surface dudit élément mobile, de la seconde position extrême dudit élément mobile, la figure 3C est une vue, dans un plan sensiblement parallèle à la surface dudit élément mobile, d'une position intermédiaire dudit 25 élément mobile. Other characteristics and advantages of the invention will emerge on reading the description which follows, with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 is a schematic perspective view of a preferred embodiment of the invention; FIG. 2 is a side view, in the direction indicated by arrow A in FIG. 1, of a preferred embodiment of the invention, FIG. 3A is a view, in a plane substantially parallel to the surface of said mobile element, of your first extreme position of said movable element, FIG. 3B is a view, in a plane substantially parallel to the surface of said movable element, of the second extreme position of said movable element, FIG. 3C is a view, in a plane substantially parallel to the surface of said movable member, an intermediate position of said movable member.
La figure 1 présente une vue schématique en perspective de deux conduits d'admission des gaz, respectivement 1 et 2, à un cylindre 3 d'une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, par exemple un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. Chacun desdits conduits 1 et 2 débouche, à l'une de ses extrémités, dans ledit cylindre 3, et, à son extrémité opposée, sur ta culasse 4 dudit moteur à combustion interne, ainsi que te montre la figure 2. FIG. 1 shows a schematic perspective view of two gas intake ducts, 1 and 2 respectively, with a cylinder 3 of a combustion chamber of an internal combustion engine, for example an internal combustion engine of a motor vehicle. Each of said ducts 1 and 2 opens, at one of its ends, into said cylinder 3, and at its opposite end, on the cylinder head 4 of said internal combustion engine, as shown in FIG. 2.
Les géométries spécifiques desdits conduits 1 et 2 ne sont pas détaillées sur les figures 1 et 2, mais, dans un mode de réalisation connu dans l'état de la technique, ledit premier conduit 1 est approprié pour permettre un remplissage maximal dudit cylindre 3 par lesdits gaz, et ledit deuxième conduit 2 est approprié pour permettre la mise en rotation, à l'entrée dans ledit cylindre 3, de ladite masse gazeuse. La rotation de ladite masse gazeuse est schématiquement représentée, sur la figure 1, par la flèche R. Dans le dispositif selon l'invention, un élément mobile 5 est placé sur la culasse 4 dudit moteur, sensiblement parallèlement à la surface de ladite culasse 4 au o voisinage des ouvertures desdits au moins un premier et deuxième conduits 1 et 2 sur celle-ci, et sensiblement perpendiculairement à la direction desdits premier et deuxième conduits 1 et 2 à leur extrémité débouchant sur ladite culasse 4. Une partie 6 de cet élément mobile 5 est évidée, la surface de ladite partie évidée 6 étant sensiblement supérieure ou égale à la somme des surfaces des deux ouvertures desdits au moins un premier et deuxième conduits 1 et 2 et de la surface de l'élément de ladite culasse 4 compris entre ces deux dites ouvertures. Cet élément mobile 5 permet ainsi, comme il va être maintenant décrit, une obturation sélective totale ou partielle dudit premier conduit 1, conduisant ainsi à une modification générale de l'écoulement des gaz à l'entrée dans ledit cylindre 3. The specific geometries of said ducts 1 and 2 are not detailed in FIGS. 1 and 2, but, in one embodiment known in the state of the art, said first duct 1 is suitable for allowing a maximum filling of said cylinder 3 by said gases, and said second duct 2 is suitable for allowing said gas mass to be rotated at the inlet into said cylinder 3. The rotation of said gas mass is schematically represented in FIG. 1 by the arrow R. In the device according to the invention, a mobile element 5 is placed on the cylinder head 4 of said engine, substantially parallel to the surface of said cylinder head 4 in the vicinity of the openings of said at least first and second ducts 1 and 2 thereon, and substantially perpendicular to the direction of said first and second ducts 1 and 2 at their end opening on said cylinder head 4. A portion 6 of this element 5 is recessed, the surface of said recessed portion 6 being substantially greater than or equal to the sum of the surfaces of the two openings of said at least first and second ducts 1 and 2 and the surface of the element of said cylinder head 4 between these two said openings. This movable element 5 thus makes it possible, as will now be described, to completely or partially block said first duct 1, thus leading to a general modification of the flow of gases at the inlet into said cylinder 3.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, non limitatif, présenté par les figures 1, 2, 3A, 3B, et 3C, ledit élément mobile 5 est un disque mobile en rotation autour de son axe de révolution, et la surface de ladite partie évidée 6 est sensiblement égale à la moitié de la surface dudit disque 5. In a preferred embodiment of the invention, which is nonlimiting, shown in FIGS. 1, 2, 3A, 3B, and 3C, said movable element 5 is a mobile disk rotated about its axis of revolution, and the surface of said recessed portion 6 is substantially equal to half of the surface of said disk 5.
Les figures 3A, 3B, et 3C présentent respectivement, pour le mode de réalisation préféré de l'invention dans lequel ledit élément mobile 5 est un disque dont sensiblement une moitié a été évidée, les différentes positions extrêmes dudit élément mobile 5, ainsi qu'une position intermédiaire. Les flèches F sur les figures 3A, 3B, et 3C, indiquent les possibilités de rotation dudit élément mobile 5 autour de son axe de révolution. FIGS. 3A, 3B, and 3C respectively show, for the preferred embodiment of the invention in which said movable member 5 is a disc of which substantially one half has been recessed, the different extreme positions of said movable member 5, as well as an intermediate position. The arrows F in FIGS. 3A, 3B, and 3C indicate the possibilities of rotation of said movable element 5 about its axis of revolution.
La figure 3A présente la première position extrême dudit élément mobile 5, dans laquelle les deux conduits 1 et 2 laissent totalement passer les gaz d'admission. Dans cette position, te débit de gaz dans ledit premier conduit 1 est maximal ainsi que la perméabilité, et, proportionnellement, le niveau de turbulence au sein dudit cylindre 3 est minimal: cette position correspond, ainsi qu'il a été décrit précédemment, à des régimes de fonctionnement du moteur avec une forte charge. FIG. 3A shows the first end position of said movable element 5, in which the two ducts 1 and 2 completely allow the inlet gases to pass. In this position, the flow rate of gas in said first duct 1 is maximum as well as the permeability, and, proportionally, the level of turbulence within said cylinder 3 is minimal: this position corresponds, as previously described, to engine operating regimes with a high load.
La figure 3B présente la seconde position extrême dudit élément mobile 5, dans laquelle seul ledit deuxième conduit 2 laisse passer tes gaz d'admission, l'ouverture dudit premier conduit 1 étant totalement obturée par ta partie non évidée dudit élément mobile 5. Dans cette position, le débit de gaz au travers ro dudit deuxième conduit 2 est maximal, le débit dans ledit premier conduit 1 étant nul: te niveau de turbulence est ainsi maximal, alors que la perméabilité est minimale, et cette position correspond, ainsi qu'il a été précédemment décrit, à un fonctionnement à faible charge du moteur à combustion interne. FIG. 3B shows the second end position of said movable element 5, in which only said second duct 2 passes through the inlet gases, the opening of said first duct 1 being completely closed by the non-recessed portion of said movable element 5. position, the flow rate of gas through ro of said second duct 2 is maximum, the flow rate in said first duct 1 being zero: the turbulence level is thus maximum, while the permeability is minimal, and this position corresponds, as it has previously been described, a low-load operation of the internal combustion engine.
La figure 3C présente enfin une position intermédiaire dudit élément mobile 5, dans laquelle ledit premier conduit 1 est partiellement obturé : le niveau de turbulence et la perméabilité sont, dans cette position, intermédiaires. Finally, FIG. 3C shows an intermediate position of said movable element 5, in which said first duct 1 is partially closed: the level of turbulence and the permeability are, in this position, intermediate.
Il est donc ainsi possible, grâce au dispositif selon l'invention, de contrôler et d'ajuster les nivaux respectifs de perméabilité et de turbulence à l'admission des gaz dans un cylindre d'un moteur à combustion interne: te paramètre d'ajustement peut, par exemple et de manière non limitative, être une vitesse de rotation ou une puissance instantanée dudit moteur, mesurée au moyen d'un capteur approprié et dont la valeur est transmise à un calculateur de gestion de la combustion dudit moteur pilotant le mouvement dudit élément mobile approprié 5. It is thus possible, thanks to the device according to the invention, to control and adjust the respective levels of permeability and turbulence at the intake of gases in a cylinder of an internal combustion engine: the adjustment parameter may, for example and without limitation, be a rotational speed or an instantaneous power of said motor, measured by means of a suitable sensor and whose value is transmitted to a combustion management computer of said engine driving the movement of said appropriate moving element 5.
Ledit élément mobile approprié est, de plus, facilement accessible directement sur la culasse dudit moteur à combustion interne: son démontage, pour d'éventuelles opérations de maintenance, peut donc être réalisé sans nécessité de démontages lourds d'éléments du moteur, comme c'est le cas lorsque ledit élément mobile est placé à l'intérieur de l'un des conduits d'admission. De même, sa forme, ses dimensions, et sa position sur la culasse 4 dudit moteur réduisent les risques d'encrassement dudit élément mobile 5, ainsi que les risques de perturbation de l'écoulement gazeux pouvant en résulter. Said suitable movable element is, moreover, easily accessible directly on the cylinder head of said internal combustion engine: its disassembly, for possible maintenance operations, can therefore be achieved without the need for heavy dismantling of engine components, as c ' is the case when said movable element is placed inside one of the intake ducts. Similarly, its shape, its dimensions, and its position on the cylinder head 4 of said engine reduce the risk of fouling of said mobile element 5, as well as the risks of disturbance of the gas flow that may result.
Ledit élément mobile 5 est en outre, dans te mode de réalisation préféré de l'invention, peu encombrant, et d'un coût de réalisation réduit. Said movable element 5 is also, in the preferred embodiment of the invention, compact, and a reduced cost of implementation.
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