FR2888285A1 - Intake system for e.g. diesel engine, has swirl generation system with separator plate articulated at intersection of secondary conduits, and obstructing plate disposed in main conduit at free end of separator plate - Google Patents
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Abstract
Description
Système d'admission pour moteurs à injection directe avec dispositifInjection system for direct injection engines with device
de qénération de tourbillons continûment variable La présente invention se rapporte au domaine des systèmes de génération de tourbillons dit swirl , remplissage de moteur et diminution des gaz brûlés résiduels des moteurs à injection diesel ou à allumage commandé, et plus particulièrement à système d'admission comportant un dispositif de génération de swirl continûment variable et de diminution des gaz brûlés résiduels, sur les moteurs multi soupapes. The present invention relates to the field of swirl generation systems known as swirl, engine filling and reduction of residual flue gases from diesel injection or spark ignition engines, and more particularly to an intake system comprising: a device for continuously variable swirl generation and reduction of residual burnt gases, on multi-valve engines.
Dans le cas des moteurs diesel (et éventuellement essence) à lo injection, le mélange de l'air et du carburant est réalisé avec l'aide d'un mouvement de rotation de l'air engendré lors de l'admission et amplifié dans le bol du piston au cours de la compression. In the case of diesel engines (and possibly gasoline) injection, the mixture of air and fuel is achieved with the help of a rotational movement of the air generated during admission and amplified in the piston bowl during compression.
Le rapport entre la vitesse de rotation de l'air créée à l'admission et la vitesse de rotation de l'arbre du moteur est appelé swirl , on appelle nombre de swirl la valeur numérique qui caractérise l'intensité du mouvement. The ratio between the rotation speed of the air created at the intake and the speed of rotation of the motor shaft is called swirl, the number of swirl is called the numerical value which characterizes the intensity of the movement.
Le positionnement aussi central et vertical que possible, de l'injecteur, est une des contraintes majeures à prendre en compte lors du dessin d'un culasse de moteur diesel (et éventuellement essence) à injection directe pour atteindre le cahier des charges aérodynamique (compromis perméabilité/ swirl ). The positioning as central and vertical as possible, of the injector, is one of the major constraints to be taken into account when drawing a cylinder head of diesel engine (and possibly gasoline) direct injection to achieve the aerodynamic specifications (compromise permeability / swirl).
Le swirl est créé lors de l'admission par deux effets agissant simultanément: - l'orientation des vecteurs vitesse autour de la soupape d'admission: une composante tangentielle peut être créée grâce à une forme hélicoïdale du conduit d'admission dans la culasse, - la répartition dans la chambre du cylindre des vitesses à la sortie de la soupape d'admission: le swirl ainsi crée dépend donc directement de l'excentration de la pipe d'admission par rapport à l'axe du cylindre. The swirl is created during the admission by two effects acting simultaneously: the orientation of the velocity vectors around the intake valve: a tangential component can be created thanks to a helical shape of the intake duct in the cylinder head, - The distribution in the cylinder chamber of the speeds at the outlet of the intake valve: the swirl thus created depends directly on the eccentricity of the intake pipe relative to the axis of the cylinder.
Dans une culasse à deux soupapes par cylindre, le conduit d'admission peut être droit, tangentiel ou hélicoïdal (en fonction des vecteurs vitesse à l'entrée dans la chambre de combustion). Dans une culasse à au moins deux soupapes d'admission, une combinaison de ces types de conduits peut être utilisée pour créer un mouvement de swirl . In a cylinder head with two valves per cylinder, the intake duct may be straight, tangential or helical (depending on the speed vectors at the entrance to the combustion chamber). In a cylinder head with at least two intake valves, a combination of these types of ducts can be used to create a swirl movement.
Il est déjà connu dans l'art antérieur différents systèmes avec pour objectif un swirl continûment variable. It is already known in the prior art different systems with the aim of a continuously variable swirl.
Le document DE 199 42 169, tout comme le brevet JP 61 175 233, propose pour cela l'utilisation d'une paroi de séparation verticale dans le io conduit, couplées à un élément mobile permettant une variation du débit de part et d'autre de la paroi ou respectivement de la position de la paroi. The document DE 199 42 169, like the patent JP 61 175 233, proposes for this the use of a vertical partition wall in the conduit, coupled to a movable element allowing a variation of the flow on either side wall or respectively the position of the wall.
L'invention du brevet US 6 216 666 porte sur un obturateur rotatif entre deux conduits jumelés non droits, permettant de fermer ou ouvrir entièrement ou partiellement un de deux conduits. The invention of US Pat. No. 6,216,666 relates to a rotary shutter between two non-straight twin ducts, making it possible to close or partially open one or both of two ducts.
is Un inconvénient de ces dispositifs est que le fait d'introduire l'air avec un mouvement rotationnel implique que le débit d'air est plus faible si l'on considère un écoulement sans génération d'aérodynamique structurée du type swirl . La perméabilité qui dépend directement du débit d'air admis est donc dégradée lorsqu'on cherche à générer une aérodynamique structurée du type swirl ou tumble. Les conduits dits droits privilégient donc le remplissage en air du cylindre nécessaire pour des points de fonctionnement du moteur avec un fort débit. A disadvantage of these devices is that introducing the air with rotational movement implies that the airflow is lower if one considers a flow without generation of structured aerodynamics of the swirl type. The permeability which depends directly on the flow of air admitted is therefore degraded when one seeks to generate a structured aerodynamics of the swirl or tumble type. The so-called straight ducts therefore prefer the air filling of the cylinder necessary for operating points of the engine with a high flow rate.
Les brevets US 6 006 721 et DE 197 55 689 proposent donc des systèmes d'amélioration des swirls , pour un conduit droit, avec seulement une vanne orientable dans le sens de la longueur. The patents US 6,006,721 and DE 197 55 689 therefore propose swirling improvement systems, for a straight duct, with only one valve that can be turned lengthwise.
Mais les solutions décrites ci-dessus pour créer le mouvement de swirl , diminuent fortement la perméabilité de la culasse et donc le remplissage en air frais et les performances du moteur. But the solutions described above to create the swirl movement, greatly reduce the permeability of the cylinder head and therefore the fresh air filling and engine performance.
Le brevet GB 2 338 266 propose une solution, pour des conduits jumelés droits, avec un système de valves permettant d'obstruer partiellement l'un ou l'autre des conduits. Ce système est constitué d'une valve courbée qui va permettre d'améliorer le swirl dans l'un des deux conduits, en l'obstruant partiellement, et d'une valve de non-retour située en amont du deuxième conduit. Ces valves sont situées sur un axe de rotation avant la séparation du conduit principal en deux conduits, suffisamment loin pour que lorsque la valve de non retour est dans l'axe longitudinal des tubes, ils ne soient pas totalement séparés. Il y a toujours possibilité pour le flux de passer d'un conduit à l'autre. Ce système ne permet donc pas de générer convenablement un swirl continûment variable, et de diminuer les gaz brûlés résiduels. GB 2 338 266 proposes a solution, for straight twin conduits, with a valve system for partially obstructing one or the other of the ducts. This system consists of a curved valve that will improve the swirl in one of the two ducts, partially obstructing it, and a non-return valve located upstream of the second duct. These valves are located on an axis of rotation before the separation of the main duct into two ducts, far enough so that when the non-return valve is in the longitudinal axis of the tubes, they are not completely separated. There is always a possibility for the flow to pass from one conduit to another. This system therefore does not make it possible to properly generate a continuously variable swirl, and to reduce the residual burnt gases.
La présente invention a donc pour objet de supprimer un ou plusieurs io des inconvénients de l'art antérieur et propose un moyen de générer un mouvement de swirl continûment variable tout en conservant deux conduits d'admission droits, qui assurent ainsi une perméabilité maximale de l'admission. De ce fait cela permet un remplissage en air frais maximum et donc des performances optimales. The present invention therefore aims to eliminate one or more of the disadvantages of the prior art and proposes a means of generating a continuously variable swirl movement while maintaining two straight intake ducts, which thus ensure a maximum permeability of the fluid. 'admission. As a result, it allows for maximum fresh air filling and therefore optimum performance.
Ce but est atteint en définissant un système d'admission pour moteur à injection directe, constitué d'un conduit principal de forme ovale se divisant en deux conduits secondaires de façon à former des conduits jumelés droits comportant des moyens de contrôle pour obtenir un swirl continûment variable constitués de deux pièces amovibles, la première pièce est un plaque séparatrice, séparant longitudinalement le conduit principal en deux zones, articulée à l'intersection des deux conduits secondaires par une extrémité, l'autre étant libre, la deuxième pièce est un plaque obturatrice, actionnée perpendiculairement au conduit principal et disposée dans le conduit principal à l'extrémité libre de la plaque séparatrice. This object is achieved by defining an intake system for a direct injection engine, consisting of an oval shaped main duct dividing into two secondary ducts so as to form straight twin ducts comprising control means to obtain a continuous swirl. variable consisting of two removable parts, the first part is a separating plate, longitudinally separating the main duct in two zones, articulated at the intersection of the two secondary ducts by one end, the other being free, the second part is a shutter plate , actuated perpendicular to the main duct and disposed in the main duct at the free end of the separator plate.
Selon une autre caractéristique de l'invention la plaque séparatrice est articulée à l'intersection des deux conduits secondaires par une rotule lui permettant de pivoter selon un axe perpendiculaire à celui de la plaque obturatrice. According to another characteristic of the invention the separating plate is articulated at the intersection of the two secondary ducts by a ball joint allowing it to pivot along an axis perpendicular to that of the shutter plate.
Selon une autre caractéristique de l'invention la largeur de la plaque 3o séparatrice est adaptée à la forme du conduit principal. According to another characteristic of the invention, the width of the separating plate 30 is adapted to the shape of the main duct.
Selon une autre caractéristique de l'invention la longueur de la plaque séparatrice est inférieure à celle du conduit principal. According to another characteristic of the invention, the length of the separator plate is less than that of the main duct.
Selon une autre caractéristique de l'invention la plaque obturatrice à la forme d'un demi-conduit principal avec un coté arrondi en arc de cercle et un coté rectiligne, sa taille étant adaptée à la taille du conduit principal. According to another characteristic of the invention the shutter plate in the form of a main half-pipe with a rounded side in a circular arc and a rectilinear side, its size being adapted to the size of the main conduit.
Selon une autre caractéristique de l'invention la plaque obturatrice peut être positionnée à l'extrémité de la plaque séparatrice par son coté rectiligne. According to another characteristic of the invention, the shutter plate can be positioned at the end of the separating plate by its rectilinear side.
Selon une autre caractéristique de l'invention le positionnement de la plaque obturatrice à l'extrémité de la plaque séparatrice se fait par des moyens de type mécanique par appui de la plaque séparatrice sur une petite io ailette disposée à l'extrémité de la plaque obturatrice. According to another characteristic of the invention, the positioning of the shutter plate at the end of the separating plate is done by means of mechanical type by supporting the separating plate on a small fin disposed at the end of the shutter plate. .
Selon une autre caractéristique de l'invention la plaque obturatrice (40) et la plaque séparatrice (30) peuvent être actionnées indépendamment. According to another characteristic of the invention, the shutter plate (40) and the separator plate (30) can be actuated independently.
Selon une autre caractéristique de l'invention le bout des plaques est légèrement profilé. According to another characteristic of the invention the end of the plates is slightly profiled.
Selon une autre caractéristique de l'invention la plaque obturatrice est actionnée par un piston relié à son coté arrondi. According to another characteristic of the invention, the shutter plate is actuated by a piston connected to its rounded side.
Selon une autre caractéristique de l'invention le piston est disposé à l'extérieur du conduit principal. According to another characteristic of the invention the piston is disposed outside the main conduit.
Selon une autre caractéristique de l'invention le conduit principal comporte une ouverture dont la taille est adaptée à celle de la plaque obturatrice. According to another characteristic of the invention the main duct has an opening whose size is adapted to that of the shutter plate.
L'invention, avec ses caractéristiques et avantages, ressortira plus clairement à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs dans lesquels: -la figure 1 est vue de face de conduits jumelés de type droit; la figure 2 est vue du système selon l'invention composé de deux pièces; - la figure 3 est une vue de face du système selon l'invention en obturation à 50% ; - la figure 4 est une vue du système selon l'invention en position pleine charge; La figure 5 est une vue du système selon l'invention en position alternative, swirl fort; La figure 6 est une vue du système selon l'invention en position alternative, swirl modéré ; La figure 7 est une vue du système selon l'invention en position swirl maximum; La figure 8 est une vue du système selon l'invention en position alternative, swirl faible. The invention, with its features and advantages, will emerge more clearly from a reading of the description given with reference to the accompanying drawings given by way of non-limiting examples in which: FIG. 1 is a front view of twin straight-type ducts ; Figure 2 is a view of the system according to the invention composed of two parts; - Figure 3 is a front view of the system according to the invention in 50% shutter; - Figure 4 is a view of the system according to the invention in fully loaded position; Figure 5 is a view of the system according to the invention in the alternative position, strong swirl; Figure 6 is a view of the system according to the invention in alternative position, moderate swirl; Figure 7 is a view of the system according to the invention in maximum swirl position; Figure 8 is a view of the system according to the invention in the alternative position, low swirl.
La figure 9 est une vue en coupe de deux positions différentes de la plaque obturatrice dans le conduit principal. Figure 9 is a sectional view of two different positions of the shutter plate in the main conduit.
La figure 10 représente la variation du swirl en fonction de la perméabilité et du type de plaque utilisée. Figure 10 shows the variation of the swirl depending on the permeability and the type of plate used.
L'invention va à présent être décrite en référence aux figures 1 à 9. The invention will now be described with reference to FIGS. 1 to 9.
La figure 1 illustre un système d'admission (1) avec deux conduits (11) jumelés de type droit. Ce système est donc constitué d'un conduit principal (10) de forme ovale qui se divise en deux conduits secondaires (Il). Figure 1 illustrates an intake system (1) with two ducts (11) paired straight type. This system consists of a main duct (10) of oval shape which is divided into two secondary ducts (II).
Sur la figure 2 est présenté le système de génération de swirl composé de deux pièces. Ces deux pièces sont toutes les deux mobiles. La première pièce est une plaque séparatrice (30) verticale. Elle est disposée à l'intérieur du conduit principal (10) longitudinalement par rapport au conduit. Cette plaque a une forme rectangulaire. Sa largeur est adaptée à la forme du conduit principal (10) afin de permettre la séparation totale du conduit en deux zones, et sa longueur est inférieure à celle du conduit principal (10). La plaque (30) est articulée au niveau de l'intersection (12) des deux conduits secondaires (11) par une rotule (31). Ce système d'attache (31) permet à la plaque (30) de pouvoir pivoter à l'intérieur du conduit principal (10), comme on peut l'observer sur les figures 5, 6 et 8, de façon à obtenir des swirl plus ou moins importants. La plaque séparatrice tourne autour d'un axe perpendiculaire à celui de la plaque obturatrice (40). Cette plaque séparatrice peut ainsi pivoter pour permettre de régler le niveau de swirl souhaité comme illustré sur la figure 9. Figure 2 shows the two-piece swirl generation system. These two pieces are both mobile. The first piece is a vertical divider plate (30). It is disposed inside the main duct (10) longitudinally with respect to the duct. This plate has a rectangular shape. Its width is adapted to the shape of the main duct (10) to allow the total separation of the duct in two zones, and its length is less than that of the main duct (10). The plate (30) is articulated at the intersection (12) of the two secondary ducts (11) by a ball joint (31). This fastening system (31) allows the plate (30) to be pivotable inside the main duct (10), as can be seen in Figures 5, 6 and 8, so as to obtain swirls more or less important. The separator plate rotates about an axis perpendicular to that of the obturator plate (40). This separator plate can thus pivot to allow the desired swirl level to be adjusted as illustrated in FIG. 9.
La deuxième pièce est une plaque obturatrice (40) qui est disposée perpendiculairement, par rapport à la première plaque séparatrice (30), dans le conduit principal (10) au niveau de l'extrémité (32) libre de la plaque séparatrice (30). Comme illustré sur la figure 3 cette plaque (40) permet d'obturer le conduit principal (10) jusqu'à 50%. Pour cela elle a la forme d'une moitié de cylindre principal (10). C'est-à-dire qu'elle forme un demi- rond ou demi-ovale suivant le conduit principal. Cette plaque obturatrice (40) est actionnée par un piston (41) qui va donc lui permettre d'être plus ou moins insérée dans le conduit principal (10). Le piston (41) est disposé sur le coté (401) de la plaque présentant l'arrondi. Le conduit principal (10) dispose donc d'une ouverture (50) dont la taille est adaptée à celle de la plaque obturatrice (40) pour permettre à celle-ci de coulisser. Suivant le swirl recherché cette plaque obturatrice (40) est accrochée par le coté rectiligne (402) du demi-rond ou demi-ovale, à l'extrémité (32) libre de la plaque séparatrice (30). L'accrochage étant réalisé par des moyens mécaniques par appui de la plaque séparatrice sur une petite ailette (42) disposée à l'extrémité de la plaque obturatrice. The second piece is a shutter plate (40) which is arranged perpendicular to the first separator plate (30) in the main duct (10) at the free end (32) of the separator plate (30). . As illustrated in FIG. 3, this plate (40) makes it possible to close the main duct (10) up to 50%. For this it has the shape of a main cylinder half (10). That is to say, it forms a half-round or half-oval along the main duct. This shutter plate (40) is actuated by a piston (41) which will allow it to be more or less inserted into the main duct (10). The piston (41) is disposed on the side (401) of the plate having the rounded. The main duct (10) therefore has an opening (50) whose size is adapted to that of the shutter plate (40) to allow it to slide. According to the desired swirl this shutter plate (40) is attached by the rectilinear side (402) of the half-round or half-oval, at the free end (32) of the separating plate (30). The attachment being achieved by mechanical means by supporting the separator plate on a small fin (42) disposed at the end of the shutter plate.
Le bout des plaques est légèrement profilé pour leur permettre de bien s'appuyer l'une sur l'autre et avoir un profil le plus aérodynamique possible pour minimiser l'impact sur l'écoulement à l'intérieur du conduit, surtout en pleine charge. L'étanchéité parfaite entre les deux plaques n'est pas une nécessité. The end of the plates is slightly profiled to allow them to sit well on each other and have a profile as aerodynamic as possible to minimize the impact on the flow inside the conduit, especially under full load . The perfect seal between the two plates is not a necessity.
Les deux plaques sont en contact au niveau d'une petite ailette (42) disposée à l'extrémité de la plaque obturatrice (40) et sur laquelle vient reposée l'extrémité de la plaque séparatrice (30). The two plates are in contact at a small fin (42) disposed at the end of the obturator plate (40) and on which is rested the end of the separator plate (30).
Les mouvements des deux plaques peuvent être indépendants. The movements of the two plates can be independent.
L'actionneur de type piston qui gouverne le mouvement de plaque obturatrice et l'actionneur qui fait pivoter la plaque séparatrice sont commandés indépendamment. The piston-type actuator that governs the shutter plate movement and the actuator that pivots the separator plate are controlled independently.
Les figures 4 à 8 illustrent les différentes configurations possibles avec les deux plaques assurant plusieurs niveaux de swirl et de perméabilité. Figures 4 to 8 illustrate the different configurations possible with the two plates ensuring multiple levels of swirl and permeability.
Pour des points de fonctionnement à pleine charge nécessitant un remplissage en air maximal, le piston (41) régresse à sa position initiale et la plaque séparatrice (30) est articulée pour se placer au centre du conduit suivant la fibre neutre du conduit, occasionnant une faible perte de charge dans l'axe de l'écoulement. For fully loaded operating points requiring maximum air filling, the piston (41) regresses to its initial position and the separating plate (30) is hinged to be located at the center of the conduit following the neutral fiber of the conduit, causing a low pressure drop in the flow axis.
Pour des point de fonctionnement à faible charge avec un débit d'air réduit par rapport à la pleine charge la plaque obturatrice (40) est en position d'obturation complète d'un des conduits(11), c'est-à-dire 50% du conduit principal (10), donc la valeur du swirl est maximal. For low load operating point with reduced air flow compared to full load the shutter plate (40) is in the complete shutter position of one of the conduits (11), i.e. 50% of the main duct (10), so the value of the swirl is maximum.
Pour des points de fonctionnement dans lesquels les niveaux de swirl optimaux varient suivant la charge, ce système permet de faire varier l'obturation de façon continue. Pour des niveaux de swirl plus faible (points de fonctionnement à forte charge) la plaque séparatrice (30) peut être désolidarisée de la plaque obturatrice (40) et tournée en solitaire. For operating points in which the optimal swirl levels vary according to the load, this system allows you to vary the shutter continuously. For lower swirl levels (high load operating points) the separating plate (30) can be detached from the shutter plate (40) and turned solitary.
Des essais ont montré l'intérêt de l'utilisation de ce système car on peut générer des niveaux de swirl dans une plage assez large. En partant du conduit initial et avec un remplissage maximal assuré par des conduits droits, on peut arriver à des niveaux de swirl importants (de l'ordre de 2,5 dans notre application) et avec l'avantage d'avoir une évolution linéaire dans le compromis swirl -perméabilité (figure 10). Tests have shown the interest of the use of this system because we can generate levels of swirl in a fairly wide range. Starting from the initial duct and with a maximal filling assured by straight ducts, one can arrive at important swirl levels (of the order of 2.5 in our application) and with the advantage to have a linear evolution in the swirl compromise -permeability (Figure 10).
Il doit être évident pour l'homme du métier que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de l'invention comme revendiquée. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, mais peuvent être modifiés dans le domaine défini par la portée des revendications jointes, et l'invention ne doit pas être limitée aux détails donnés ci-dessus. s It should be apparent to those skilled in the art that the present invention permits embodiments in many other specific forms without departing from the scope of the invention as claimed. Therefore, the present embodiments should be considered by way of illustration, but may be modified within the scope defined by the scope of the appended claims, and the invention should not be limited to the details given above. s
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Also Published As
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|---|---|
| FR2888285B1 (en) | 2007-09-14 |
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