- 1 - DISPOSITIF D'ADMISSION D'AIR A CONDUIT DIVISE EN PARTIES DISYMETRIQUES - 1 - DEVICE FOR AIR INTAKE DEVICE DIVIDED IN DISYMETRIC PARTS
La présente invention est relative à un conduit d'admission d'air dans un cylindre de moteur à combustion, en particulier pour moteur Diesel à injection directe, n'ayant qu'un seul conduit d'admission par cylindre, qui débouche de façon tangentielle dans la chambre de combustion Plus précisément, elle a pour objet un dispositif d'admission d'air pour moteur à combustion interne, comportant un seul conduit d'admission reliant la culasse du moteur à la zone d'admission dans le cylindre et débouchant tangentiellement dans celui-ci, qui peut être obturé par une soupape d'admission, et une paroi interne de séparation verticale divisant le conduit en deux parties jusqu'à proximité de l'axe de la soupape. Le mouvement de rotation autour de l'axe du cylindre, ou mouvement de swirl, est un mouvement tourbillonnaire imprimé aux gaz d'admission à leur entrée dans la chambre de combustion. Ce mouvement est nécessaire pour assurer un mélange satisfaisant entre le carburant et les gaz d'admission, notamment dans le cas des moteurs Diesel au moment de la phase d'injection, particulièrement lorsque le moteur fonctionne à faible charge. On parle ainsi de rapport de swirl, pour caractériser le rapport de la vitesse de rotation de l'air dans le cylindre, à la vitesse de rotation du moteur. - 2 - On définit par ailleurs la perméabilité d'un cylindre de moteur à combustion interne, comme le rapport entre le débit d'air qui aurait été admis dans des conditions idéales, c'est-à-dire sans pertes de charge, et le débit effectivement admis dans le cylindre. Lors du dimensionnement d'un moteur, on peut viser à optimiser son fonctionnement à pleine charge, où le swirl n'est pas prioritaire, ou au contraire, rechercher une valeur de swirl plus favorable aux faibles charges, mais diminuant la perméabilité. Un compromis est donc recherché entre le swirl et la perméabilité. Par la publication EP 1 247 957, on connaît un dispositif d'admission à conduit tangentiel, qui permet d'obtenir naturellement un niveau de swirl suffisant associé à une perméabilité élevée, au travers de la présence d'une paroi de séparation verticale sur toute la longueur du conduit d'admission. La paroi fixe, peut être réalisée brute de fonderie, ou rapportée à la coulée. Elle contribue à un meilleur remplissage du moteur, pour les charges élevées de celui-ci. Son effet sur la perméabilité est donc positif, sur tous les points de fonctionnement du moteur. Toutefois, le flux du conduit intérieur a moins d'impact sur le swirl, que celui du conduit extérieur, car il débouche dans une zone moins périphérique du cylindre. Pour assurer une perméabilité (débit) maximale, lorsque le niveau de swirl est bas, tout en maintenant une perméabilité la plus élevée possible lorsque le swirl est élevé, il a déjà été proposé de faire varier la géométrie du conduit en cours de fonctionnement en le déformant, ou en déplaçant une paroi à l'intérieur de celui-ci. The present invention relates to an air intake duct in a combustion engine cylinder, in particular for a direct injection diesel engine, having only one inlet duct per cylinder, which opens tangentially. in the combustion chamber More specifically, it relates to an air intake device for an internal combustion engine, comprising a single intake duct connecting the cylinder head of the engine to the intake zone in the cylinder and opening tangentially. therein, which can be closed by an intake valve, and an inner vertical partition wall dividing the conduit into two portions to near the axis of the valve. The rotational movement about the axis of the cylinder, or swirl movement, is a swirling motion imparted to the inlet gases as they enter the combustion chamber. This movement is necessary to ensure a satisfactory mixture between the fuel and the intake gases, especially in the case of diesel engines at the time of the injection phase, particularly when the engine is operating at low load. This is called swirl ratio, to characterize the ratio of the speed of rotation of the air in the cylinder, to the speed of rotation of the engine. Furthermore, the permeability of an internal combustion engine cylinder is defined, such as the ratio between the air flow rate that would have been allowed under ideal conditions, that is to say without loss of head, and the flow actually admitted into the cylinder. When sizing an engine, one can aim to optimize its operation at full load, where the swirl is not a priority, or on the contrary, look for a swirl value more favorable to low loads, but decreasing the permeability. A compromise is therefore sought between the swirl and the permeability. Publication EP 1 247 957 discloses a tangential duct intake device, which naturally provides a sufficient swirl level associated with high permeability, through the presence of a vertical partition wall on any the length of the intake duct. The fixed wall, can be made gross casting, or reported casting. It contributes to a better filling of the engine, for the high loads of it. Its effect on the permeability is therefore positive, on all operating points of the engine. However, the flow of the inner duct has less impact on the swirl than that of the outer duct, because it opens into a less peripheral area of the cylinder. To ensure maximum permeability (flow), when the swirl level is low, while maintaining the highest permeability possible when the swirl is high, it has already been proposed to vary the geometry of the duct during operation by the deforming, or moving a wall inside of it.
Toutefois, les systèmes à swirl variable connus, ne permettent pas d'assurer le meilleur compromis swirl / perméabilité, sur toute la plage de fonctionnement du moteur. La présente invention vise à proposer une nouvelle architecture de conduit d'admission, à paroi de séparation interne, propre à optimiser un système de swirl variable, sur la plage de fonctionnement du moteur. Dans ce but, elle propose que les deux parties du conduit aient un profil dissymétrique, avec de préférence des sections différentes sur l'ensemble de leur longueur. Selon un mode de réalisation particulier, la partie du conduit la plus proche du fût du cylindre, a une section plus importante que la partie la plus proche du centre. La partie de conduit la plus proche du centre peut avantageusement être obturée par un volet placé à distance de son arrivée dans le cylindre. However, known variable swirl systems, do not ensure the best compromise swirl / permeability over the entire operating range of the engine. The present invention aims to propose a new inlet duct architecture, with an internal partition wall, capable of optimizing a variable swirl system, over the operating range of the engine. For this purpose, it proposes that the two parts of the conduit have an asymmetrical profile, preferably with different sections over their entire length. According to a particular embodiment, the portion of the duct closest to the barrel of the cylinder has a larger section than the part closest to the center. The duct portion closest to the center may advantageously be closed by a shutter placed at a distance from its arrival in the cylinder.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels : - 4 - - la figure 1 correspond à une coupe longitudinale d'un conduit d'admission tangentiel, passant pas un plan diamétral de celui-ci, la figure 2 est une coupe transversale du 5 conduit selon A-A de la figure 1, les figures 3A à 3C, illustrent un pilotage on/off du volet de swirl, et les figures 4A à 4C illustrent un pilotage continu de celui-ci. 10 Sur les figures 1 et 2, on a représenté le même un dispositif d'admission d'air pour moteur à combustion interne, comportant un seul conduit d'admission 1 reliant la culasse du moteur (non représentée), à sa zone d'admission 2 (ou chapelle 2), dans le cylindre 3. 15 Le conduit 1 débouche tangentiellement dans le cylindre, et il peut être obturé par une soupape d'admission 4, actionnée par l'intermédiaire de sa tige de soupape 4a. Une paroi interne de séparation verticale 6 divise le conduit en deux parties la, lb, jusqu'à proximité de 20 l'axe de la soupape 4a. Enfin, on note la présence d'un volet 7, à l'entrée du conduit intérieur lb. Conformément aux schémas, la partie du conduit la, la plus proche du fût 3a du cylindre 3, a une section plus importante que la partie lb, la plus proche de son 25 centre. Les deux parties la, lb du conduit peuvent ainsi avoir des sections différentes, avec un profil différencié, non seulement aux abords de la chapelle d'admission 2, mais sur toute leur longueur. - 5 - Selon les essais effectués, la répartition optimale des sections pour obtenir le compromis recherché, consiste à attribuer 57% de la section totale du conduit à la partie la plus large la. Toutefois d'excellents résultats sont obtenus entre 54% et 61%. Comme indiqué plus haut, une des deux parties du volet, à savoir la partie la plus étroite lb, peut être obturée par un volet de swirl 7 placé à distance de son arrivée dans le cylindre. Dans le cadre de l'invention, la position du volet 7 être pilotée en fonction de la charge du moteur, entre une position d'ouverture complète et une position de fermeture complète, soit selon un pilotage on/off (cf. figures 3a à 3C), soit selon un pilotage continu (cf. figures 4A à 4C). Other characteristics and advantages of the invention will become clear from reading the following description of a nonlimiting embodiment thereof, with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. to a longitudinal section of a tangential inlet duct, passing not a diametral plane thereof, Figure 2 is a cross section of the duct AA of Figure 1, Figures 3A to 3C, illustrate a control on / off the swirl flap, and Figures 4A to 4C illustrate continuous steering thereof. FIGS. 1 and 2 show the same an air intake device for an internal combustion engine, comprising a single intake duct 1 connecting the cylinder head of the engine (not represented) to its engine zone. inlet 2 (or chapel 2), in the cylinder 3. The conduit 1 opens out tangentially in the cylinder, and it can be closed by an intake valve 4, actuated through its valve stem 4a. A vertical partition wall 6 divides the conduit into two portions 1a, 1b, near the axis of the valve 4a. Finally, there is the presence of a flap 7 at the inlet of the inner duct 1b. According to the drawings, the portion of the duct 1a, the closest to the barrel 3a of the cylinder 3, has a larger section than the portion lb, the closest to its center. The two parts 1a, 1b of the duct can thus have different sections, with a different profile, not only around the intake chapel 2, but over their entire length. According to the tests carried out, the optimal distribution of the sections to obtain the desired compromise consists in attributing 57% of the total section of the duct to the widest part 1a. However, excellent results are obtained between 54% and 61%. As indicated above, one of the two parts of the shutter, namely the narrowest part lb, can be closed by a swirl flap 7 placed at a distance from its arrival in the cylinder. In the context of the invention, the position of the flap 7 can be controlled as a function of the engine load, between a full open position and a complete closed position, either according to an on / off steering (see FIGS. 3C), or in a continuous manner (see FIGS. 4A to 4C).
Dans le premier cas, le volet bascule directement dans les deux sens entre une position d'ouverture complète aux faibles charges du moteur, et une position de fermeture complète aux fortes charges. Conformément à la figure 3A, le basculement du volet peut avantageusement intervenir (dans les deux sens) au passage par une charge intermédiaire d'environ 30% de la charge maximale. La figure 3B met en évidence l'impact de la dissymétrie du conduit sur la perméabilité lorsque le volet est fermé (faibles charges), avec une répartition de sections entre les parties du conduit de 50/50 (courbe a), de 57/43 (courbe b), et de 7 0 / 3 0 (courbe c). La figure 3C illustre la baisse du niveau de swirl lorsqu'on passe d'une répartition de 57/43 ou 50/50 (courbe i) à une répartition différente de 70/30 (courbe J) Dans le deuxième cas le volet passe progressivement dans les deux sens, entre une position d'ouverture complète aux faibles charges du moteur, et une position de fermeture complète entre une charge intermédiaire et la charge maximale. L'ouverture du volet peut ainsi être opérée progressivement entre une charge a d'environ 10%, et une charge a d'environ 50%. In the first case, the flap switches directly in both directions between a full open position at low engine loads, and a full closed position at high loads. According to FIG. 3A, the tilting of the flap can advantageously intervene (in both directions) in passing by an intermediate load of approximately 30% of the maximum load. Figure 3B shows the impact of the dissymmetry of the duct on the permeability when the flap is closed (low loads), with a distribution of sections between the parts of the duct of 50/50 (curve a), of 57/43 (curve b), and 7 0/30 (curve c). Figure 3C illustrates the drop in the level of swirl when moving from a distribution of 57/43 or 50/50 (curve i) to a different distribution of 70/30 (curve J) In the second case the flap gradually in both directions, between a full open position at low engine loads, and a fully closed position between an intermediate load and the maximum load. The opening of the shutter can thus be operated progressively between a load of about 10%, and a load of about 50%.
Ce déplacement est illustré par la figure 4A. La figure 4B met en évidence l'influence de la répartition sur la perméabilité en période transitoire : courbe 1 répartition = 50/50, courbe m répartition = 57/43, et courbe n répartition = 70/30. Enfin la figure 4C montre que le niveau de swirl est plus élevé en période transitoire pour une répartition de 57/43 ou 50/50 (courbe r), que de 70/30 (courbe s). En conclusion, la séparation du conduit en deux parties de sections différentes, permet de mettre en oeuvre un swirl variable à une soupape par cylindre, apte à maintenir un très bon compromis swirl / perméabilité, sur une large plage de variation du niveau de swirl. Les différentes courbes annexées mettent en évidence l'effet de la répartition des sections entre les deux parties du conduit, sur la perméabilité et le swirl, tant en position complètement fermée du volet qu'en période transitoire de fermeture ou d'ouverture. This displacement is illustrated in Figure 4A. Figure 4B shows the influence of the distribution on the transient permeability: curve 1 distribution = 50/50, distribution curve = 57/43, and distribution curve = 70/30. Finally, Figure 4C shows that the swirl level is higher in transient period for a distribution of 57/43 or 50/50 (curve r) than 70/30 (curve s). In conclusion, the separation of the duct into two parts of different sections makes it possible to implement a variable swirl at one valve per cylinder, able to maintain a very good swirl / permeability compromise, over a wide range of variation of the swirl level. The various appended curves highlight the effect of the distribution of the sections between the two parts of the duct, on the permeability and the swirl, both in the fully closed position of the shutter and in a transitional period of closure or opening.