FR2924171A1 - Repartiteur d'air d'admission a paroi superieure plane - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un répartiteur d'air d'admission comprenant au moins un conduit primaire (2) qui d'une part débouche au niveau du plenum (1) et d'autre part se prolonge par un conduit d'admission (3) qui débouche dans un cylindre (5), caractérisé en ce qu'au moins la paroi supérieure du plénum (1) au niveau de la jonction entre le plénum (1) et au moins un conduit primaire (2) du répartiteur présente une surface plane (6) inclinée en direction de l'ouverture de la soupape (4) permettant d'orienter le flux d'air selon un parcours dans le conduit favorable à la création d'une différence de flux d'air entre les parties de l'ouverture de la soupape (4) situées respectivement du coté le plus éloigné (4a) et du coté le plus proche (4b) du plénum (1) pour générer un tourbillonnement de type « tumble » dans le cylindre (5).

Description

Répartiteur d'air d'admission à paroi supérieure plane. La présente invention se rapporte au domaine des dispositifs d'injection d'air d'admission dans les cylindres d'un moteur et plus particulièrement au domaine des dispositifs de répartition d'air d'admission qui permettent de réaliser un tourbillonnement de l'air d'admission qu'ils distribuent. L'obtention d'un mélange homogène d'air et de carburant est réalisé au niveau de chacun des cylindres afin d'optimiser le rendement de la combustion. L'homogénéité du mélange est notamment obtenue grâce à deux mouvements de tourbillonnement de l'air dans le cylindre. Un premier mouvement, appelé Swirl est réalisé par la rotation des gaz contenus dans le cylindre autour de l'axe du cylindre. Un second mouvement, appelé Tumble est réalisé par la rotation des gaz du cylindre autour d'un axe perpendiculaire à l'axe du cylindre.
Actuellement, les répartiteurs d'air d'admission présentent des conduits dont la forme altère l'aérodynamisme du flux d'air et réduit l'efficacité de la formation des tourbillonnements d'homogénéisation au niveau du cylindre. Pour améliorer l'homogénéité du mélange gaz-carburant en fournissant un tourbillonnement identique dans chacun des cylindres du moteur, le brevet JP63208616 propose un dispositif d'admission d'air dont l'architecture permet de ne pas interférer sur la génération d'un swirl au niveau du cylindre. Le dispositif d'admission présente ainsi un conduit principal avec au moins une rampe au niveau de l'intersection avec deux conduits secondaires pour permettre une rotation du flux d'air de sorte que ce flux facilite la bonne génération d'un swirl au niveau du cylindre. De même, le brevet JP11350963 enseigne un dispositif d'admission qui présente au niveau d'une des faces internes du conduit principal au moins une saillie plus ou moins importante pour imposer une rotation au flux d'air injecté dans les conduits secondaire d'admission et ainsi faciliter la génération d'un swirl au niveau des cylindres. Cependant, si de tels 2 2924171 dispositifs de répartition d'air permettent d'améliorer la création d'un swirl dans les cylindres d'un moteur, ils ne permettent pas d'intervenir sur l'amélioration de la génération du tumble . L'amélioration de la génération du tumble se trouve confrontée au problème de la courbure des conduits 5 primaires du répartiteur imposée par des raisons de sécurité. La présente invention a pour objet de palier un ou plusieurs inconvénients de l'art antérieur et notamment de proposer une solution qui permette de contrôler le flux d'air dans un répartiteur d'air d'admission pour améliorer la génération d'un tourbillonnement de type swirl au niveau de 10 la soupape d'admission du cylindre. Cet objectif est atteint grâce à un répartiteur d'air d'admission comprenant au moins un conduit primaire du répartiteur, qui d'une part débouche au niveau du plenum et d'autre part se prolonge par un conduit d'admission qui débouche dans la chambre de combustion d'un cylindre de 15 laquelle le conduit d'admission est séparé par une soupape d'admission, caractérisé en ce qu'au moins la paroi supérieure du plénum au niveau de la jonction entre le plénum et au moins un conduit primaire du répartiteur présente une surface plane inclinée en direction de l'ouverture de la soupape permettant d'orienter le flux d'air provenant du plénum selon un parcours 20 dans le conduit qui est favorable à la création et/ou à l'amplification d'une différence de flux d'air entre la partie de l'ouverture de la soupape située du coté le plus éloigné du plénum et la partie de l'ouverture de la soupape située du coté le plus proche du plénum pour conduire à la génération d'un tourbillonnement du flux d'air de type tumble dans le cylindre.
25 Selon une variante de l'invention, le répartiteur d'air d'admission est caractérisé en ce que la surface plane inclinée entre le plénum et au moins un conduit primaire du répartiteur oriente et/ou maintient une partie importante du flux d'air provenant du plénum contre la paroi supérieure du conduit primaire du répartiteur puis du conduit d'admission.
30 Selon une autre variante de l'invention, le répartiteur d'air d'admission est caractérisé en ce que la surface plane est confondue avec 3 2924171 un plan incliné qui passe par la partie de l'ouverture de la soupape située du coté le plus éloigné du plénum. Selon une autre variante de l'invention, le répartiteur d'air d'admission est caractérisé en ce que le conduit primaire présente une 5 courbure de sorte que la courbure de la paroi supérieure du conduit primaire est sensiblement tangente avec la surface plane située au niveau de la jonction entre la paroi supérieure du plénum et du conduit primaire du répartiteur pour éviter un décollement du flux d'air de la paroi supérieure du conduit primaire et réduire les pertes de charge. io Selon une autre variante de l'invention, le répartiteur d'air d'admission est caractérisé en ce que, dans une section perpendiculaire à l'axe d'un conduit primaire du répartiteur ou d'un conduit d'admission, la surface plane présente une largeur (L) suffisante pour permettre la formation d'un flux d'air qui est élargi et réparti sur toute la surface de la partie haute du is conduit pour contrôler l'écoulement du flux dans le conduit et/ou réduire la vitesse du flux. Selon une autre variante de l'invention, le répartiteur d'air d'admission est caractérisé en ce que, le corps du conduit primaire du répartiteur présente, dans une section verticale passant par l'axe du conduit 20 primaire et/ou du conduit d'admission, une courbure dont le rayon (R) est supérieur ou égal au diamètre du conduit dans une section perpendiculaire à l'axe du conduit. Selon une autre variante de l'invention, le répartiteur d'air d'admission est caractérisé en ce que, dans une section verticale selon l'axe 25 du conduit du répartiteur, la paroi inférieure de la jonction entre le conduit primaire du répartiteur et le conduit d'admission est orientée selon un axe dirigé vers la partie de l'ouverture de la soupape située du coté le plus éloigné du plénum. L'invention, avec ses caractéristiques et avantages, ressortira plus 30 clairement à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés dans lequel : la figure 1 représente le schéma d'une section d'un conduit de répartiteur d'admission de l'invention selon un plan vertical passant par l'axe du conduit, les axes (B-B') et (C-C') délimitant respectivement la séparation entre le plénum et le conduit primaire du répartiteur et la séparation entre le conduit primaire et le conduit d'admission, les figures 2a et 2b représentent respectivement les schémas des flux d'air dans le conduit d'un répartiteur primaire classique et dans le cas d'un répartiteur primaire de l'invention to les figures 3a et 3b représentent respectivement le schéma de la section d'un conduit de répartiteur d'admission classique et le schéma de la section d'un conduit de répartiteur d'admission de l'invention, les sections étant réalisées selon un plan vertical perpendiculaire à l'axe des conduits.
15 Le répartiteur d'air d'admission de l'invention comprend un plénum (1) qui forme un volume dans lequel l'air se trouve en surpression pour alimenter un ou plusieurs cylindres (5) via un conduit primaire (2) du répartiteur qui se prolonge par un conduit d'admission (3) propre à chaque cylindre (5) de la culasse, la cavité du cylindre (5) se trouvant séparée du 20 conduit d'admission (3) par une soupape (4). Le conduit primaire du répartiteur (2) et le conduit d'admission (3) sont deux éléments fixés l'un à l'autre pour assurer une continuité dans le flux d'air qui les traverse. La jonction entre ces éléments que sont le conduit primaire du répartiteur (2) et le conduit d'admission (3) se réalise au niveau de l'axe (C-C') représenté sur 25 la figure 1. De même, les volumes respectifs du plénum (1) et du conduit primaire du répartiteur (2) se rejoignent au niveau de l'axe (B-B') représenté sur la même figure. La jonction entre l'orifice du conduit primaire (2) du répartiteur et le plénum (1) présente au niveau de sa paroi supérieure une surface plane (6) qui aplatit la paroi supérieure du conduit primaire (2) tout en 30 formant un plafond élargi. La surface plane (6) se trouve ainsi disposée d'une part en partie au niveau de la paroi supérieure du plénum (1) et d'autre part au niveau de la paroi supérieure du conduit primaire (2) du répartiteur. La 5 2924171 surface plane (6) est positionnée dans un plan sensiblement incliné selon un axe (A-A') qui passe par l'ouverture de la soupape (4) du cylindre (5) correspondant au conduit d'admission (3) qui prolonge le conduit primaire (2) du répartiteur. Selon un mode de réalisation préféré, l'inclinaison de l'axe (A- s A') est réalisée de façon à passer par la partie de l'ouverture de la soupape (4) la plus éloignée (4a) du plénum (1). La surface plane (6) du plénum (1) permet d'orienter et de maintenir une partie importante du flux d'air sur la paroi supérieure du conduit primaire (2) puis du conduit d'admission (3) pour conduire cette partie du flux au io niveau de la partie de l'ouverture de la soupape (4) la plus éloignée (4a) du plénum (1). Au niveau de l'ouverture de la soupape (4), la différence de débit de flux entre la partie la plus éloignée (4a) du plénum (1) et la partie la plus proche (4b) du plénum (1) et notamment la présence d'un flux plus important au niveau de la partie la plus éloignée (4a) du plénum (1) conduit à la 15 formation d'un mouvement d'air de type tumble dans le cylindre (5). Selon un mode de réalisation particulier, le conduit primaire (2) du répartiteur présente une courbure (7) concave ouverte vers la zone du moteur située au-dessus du répartiteur d'air d'admission. Cette courbure (7) concave est généralement imposée par des contraintes architecturales et 20 spatiales du moteur pour permettre le positionnement d'un conduit d'injection au dessus du répartiteur, mais également sécuritaires pour assurer un pliage facilité du répartiteur en cas de choc. Ainsi, selon un mode de réalisation particulier du répartiteur de l'invention, le conduit primaire (2) présente un espace (8) pour permettre le positionnement d'un injecteur qui assure 25 l'introduction du carburant dans le dispositif. Cet espace se trouve situé du coté du conduit primaire (2) qui se prolonge vers le conduit d'admission (3). La courbure (7) du conduit primaire (2) présente un rayon (R) qui peut être variable mais dont la longueur demeure toutefois au moins supérieure ou égale au diamètre du conduit (2). Cette limite minimum de la 3o longueur du rayon (R) correspond à une courbure seuil qui permet de ne pas entrainer une déviation trop brutale du flux d'air le long de la paroi supérieure du conduit primaire (2) et ainsi éviter un décollement du flux d'air le long de 6 2924171 la paroi. Plus la courbure (7) du conduit primaire sera proche d'un profil rectiligne et plus le maintien du flux d'air contre le plafond du conduit primaire (2) sera optimal. De plus, la diminution de la courbure (7) réduit les pertes de charge du flux lors de son transit vers le cylindre (5).
5 L'efficacité de fonctionnement de la surface plane (6) du plénum (1) se trouve également améliorée lorsque la jonction entre le plénum (1) et le conduit primaire (2) est réalisée de sorte que l'extrémité de la courbure (7) se dispose de façon sensiblement tangentielle au plan de surface plane (6) du plénum (1). io Cette conservation d'une partie importante du flux d'air contre la paroi supérieure du conduit primaire (2) est représentée sur la figure 2b par comparaison au flux d'air dans le conduit primaire d'un répartiteur classique représenté sur la figure 2a où le flux d'air est dirigé par le plafond du plénum et par la courbure du conduit vers la paroi inférieure du conduit d'admission 15 et donc vers la partie de l'ouverture de la soupape la plus proche du plénum. Selon un mode de réalisation préféré du répartiteur de l'invention, une section du conduit primaire du répartiteur (2) dans un plan perpendiculaire à l'axe du conduit primaire (2), comme représenté sur la figure 3b, montre une paroi supérieure du conduit (2) élargie par rapport à un 20 conduit présentant une géométrie classique, comme représenté sur la figure 3a. La largeur (L) du plafond du conduit primaire (2) influence également l'écoulement du flux d'air dans le conduit (2), notamment en répartissant le flux d'air dans la partie supérieure du conduit (2) sur une plus grande largeur. Contrairement à un conduit de section classique, cette répartition permet de 25 réduire la vitesse du flux le long de la paroi supérieure du conduit (2), notamment au niveau du virage formé par la courbure (7) du conduit primaire (2), et d'en maitriser son écoulement en évitant que le flux ne se décolle de la paroi supérieure du conduit primaire (2) puis du conduit d'admission (3) pour ne pas atteindre la partie de l'ouverture de la soupape (4) la plus 30 éloignée (4a) du plénum (1). Selon un mode de réalisation particulier, dans une section verticale selon l'axe du conduit (2) du répartiteur, la paroi inférieure de la jonction 7 entre le conduit primaire (2) du répartiteur et le conduit d'admission (3) se trouve orienté selon un axe dirigé vers la partie de l'ouverture de la soupape (4) située du coté le plus éloigné (4a) du plénum (1). Cette orientation du plancher (9) de la jonction entre les conduits (2, 3) permet d'une part d'accentuer la différence de débit de flux entre la partie la plus éloignée (4a) du plénum (1) et la partie la plus proche (4b) du plénum (1), et d'autre part d'éviter qu'un décollement de la partie du flux d'air qui longe la paroi inférieure des conduits (2, 3) n'altère la partie du flux d'air qui longe la paroi supérieure des conduits (2, 3) et génère le tourbillonnement de type io tumble dans le cylindre (5). Il doit être évident pour les personnes versées dans l'art 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 revendiqué. Par conséquent, les présents modes de 15 réalisation doivent être considérés à titre d'illustration mais peuvent être modifiés dans le domaine défini par la portée des revendications jointes. 8

Claims (7)

REVENDICATIONS
1. Répartiteur d'air d'admission comprenant au moins un conduit primaire (2) du répartiteur, qui d'une part débouche au niveau du plenum (1) et d'autre part se prolonge par un conduit d'admission (3) qui débouche dans la chambre de combustion d'un cylindre (5) de laquelle le conduit d'admission (3) est séparé par une soupape (6) d'admission, caractérisé en ce qu'au moins la paroi supérieure du plénum (1) au niveau de la jonction entre le plénum (1) et au moins un conduit primaire (2) du répartiteur présente une surface plane (6) inclinée en direction de l'ouverture de la soupape (4) lo permettant d'orienter le flux d'air provenant du plénum (1) selon un parcours dans le conduit qui est favorable à la création et/ou à l'amplification d'une différence de flux d'air entre la partie de l'ouverture de la soupape (4) située du coté le plus éloigné (4a) du plénum (1) et la partie de l'ouverture de la soupape (4) située du coté le plus proche (4b) du plénum (1) pour conduire à 15 la génération d'un tourbillonnement du flux d'air de type tumble dans le cylindre (5).
2. Répartiteur d'air d'admission selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface plane (6) inclinée entre le plénum (1) et au moins un conduit primaire (2) du répartiteur oriente et/ou maintient une partie importante du 20 flux d'air provenant du plénum (1) contre la paroi supérieure du conduit primaire (2) du répartiteur puis du conduit d'admission (3).
3. Répartiteur d'air d'admission selon une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que la surface plane (6) est confondue avec un plan incliné qui passe par la partie de l'ouverture de la soupape (4) située du coté le plus 25 éloigné (4a) du plénum (1).
4. Répartiteur d'air d'admission selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le conduit primaire (2) présente une courbure de sorte que la courbure de la paroi supérieure du conduit primaire (2) est sensiblement tangente avec la surface plane (6) située au niveau de la 30 jonction entre la paroi supérieure du plénum (1) et du conduit primaire (2) du 9 2924171 répartiteur pour éviter un décollement du flux d'air de la paroi supérieure du conduit primaire (2) et réduire les pertes de charge.
5. Répartiteur d'air d'admission selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, dans une section perpendiculaire à l'axe d'un conduit 5 primaire (2) du répartiteur ou d'un conduit d'admission (3), la surface plane (6) présente une largeur (L) suffisante pour permettre la formation d'un flux d'air qui est élargi et réparti sur toute la surface de la partie haute du conduit (2, 3) pour contrôler l'écoulement du flux dans le conduit (2, 3) et/ou réduire la vitesse du flux. l0
6. Répartiteur d'air d'admission selon une des revendications 4 à 5, caractérisé en ce que, le corps du conduit primaire (2) du répartiteur présente, dans une section verticale passant par l'axe du conduit primaire (2) et/ou du conduit d'admission (3), une courbure (7) dont le rayon (R) est supérieur ou égal au diamètre du conduit (2) dans une section 15 perpendiculaire à l'axe du conduit.
7. Répartiteur d'air d'admission selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, dans une section verticale selon l'axe du conduit (2) du répartiteur, la paroi inférieure (9) de la jonction entre le conduit primaire (2) du répartiteur et le conduit d'admission (3) est orientée selon un axe 20 dirigé vers la partie de l'ouverture de la soupape (4) située du coté le plus éloigné (4a) du plénum (1)
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