FR2946691A3 - Air intake device for cylinder of combustion engine i.e. direct injection diesel engine, of motor vehicle, has filling part having circular shaped section to minimize leakage at level of obturation unit when obturation unit is closed - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un dispositif d'admission d'air dans un cylindre de moteur à combustion, en particulier pour un moteur diesel. Elle concerne aussi un moteur à injection comprenant un tel dispositif d'admission d'air ainsi qu'un véhicule automobile en tant que tel comprenant un tel moteur. Enfin, elle concerne aussi un procédé d'admission d'air dans un cylindre de moteur à combustion. The present invention relates to an air intake device in a combustion engine cylinder, in particular for a diesel engine. It also relates to an injection engine comprising such an air intake device and a motor vehicle as such comprising such a motor. Finally, it also relates to a method of admitting air into a combustion engine cylinder.
Pour assurer un mélange correct entre l'air et le carburant dans le cylindre d'un moteur à combustion interne, comme un moteur à essence ou un moteur diesel à injection directe, il est connu dans l'état de la technique de guider l'air à l'admission de la chambre de combustion selon un mouvement de rotation autour d'un axe parallèle à l'axe du cylindre. Ce mouvement tourbillonnaire de l'air est caractérisé par le rapport de la vitesse de rotation de l'air dans le cylindre à la vitesse de rotation du moteur. On appelle "rapport de tourbillonnement" ou plus généralement "swirl", le rapport entre la vitesse de rotation de l'air créée à l'admission et la vitesse de rotation du moteur. Dans un moteur diesel à injection directe, un tel rapport de tourbillonnement ou swirl, nécessaire au moment de la phase d'injection, est particulièrement souhaité pour le fonctionnement du moteur à faible charge. To ensure proper mixing of air and fuel in the cylinder of an internal combustion engine, such as a gasoline engine or direct injection diesel engine, it is known in the state of the art to guide the engine. air at the admission of the combustion chamber in a rotational movement about an axis parallel to the axis of the cylinder. This swirling motion of the air is characterized by the ratio of the speed of rotation of the air in the cylinder to the speed of rotation of the engine. The ratio between the rotational speed of the air created at the intake and the speed of rotation of the engine is called a "swirl ratio" or more generally "swirl". In a diesel direct injection engine, such swirling ratio or swirl, necessary at the time of the injection phase, is particularly desired for the operation of the low load engine.
Lors du dimensionnement d'un moteur diesel à injection directe, on cherche généralement à optimiser tout d'abord le fonctionnement du moteur à pleine charge. On peut éventuellement choisir une valeur de swirl qui représente un compromis sur l'ensemble de la plage de fonctionnement du moteur, avec un ou deux conduits d'admission. Cette valeur de swirl ne correspond cependant pas, dans ce cas, à la valeur optimale qui serait nécessaire pour les fortes charges, ni pour les charges faibles. When sizing a diesel engine with direct injection, it is generally sought first to optimize the operation of the engine at full load. One can optionally choose a swirl value that represents a compromise over the entire operating range of the engine, with one or two intake ducts. In this case, however, this swirl value does not correspond to the optimum value that would be needed for heavy loads or for low loads.
D'autre part, la perméabilité dans un cylindre de moteur à combustion est le rapport du débit d'air réellement admis par le moteur sur le débit d'air qui aurait été admis dans des conditions idéales, c'est-à-dire sans perte de charge. La perméabilité dépend donc, non seulement de la différence de pression de part et d'autre de la soupape d'admission, mais également de la qualité aérodynamique de la zone de passage vers le cylindre. II importe d'obtenir la perméabilité maximale dans toutes les conditions de fonctionnement du moteur. Or généralement, la recherche d'une augmentation du swirl se fait au détriment de la perméabilité et induit une chute importante de la perméabilité, en raison d'une diminution de la section effective de passage à l'admission. On the other hand, the permeability in a combustion engine cylinder is the ratio of the air flow actually admitted by the engine to the air flow that would have been admitted under ideal conditions, that is to say without loss of charge. The permeability therefore depends not only on the pressure difference across the inlet valve, but also on the aerodynamic quality of the passage zone towards the cylinder. It is important to obtain maximum permeability under all operating conditions of the engine. However, generally, the search for an increase in the swirl is at the expense of permeability and induces a significant drop in permeability, due to a decrease in the effective section of passage to admission.
Le document EP1247957 décrit une solution permettant d'atteindre un compromis entre la nécessité d'un swirl élevé tout en conservant une perméabilité acceptable. Une telle solution est représentée très schématiquement en vue de dessus sur la figure 1. Elle comprend un dispositif d'admission, adapté à un moteur diesel à injection directe, qui comprend, pour chaque cylindre moteur 1, un conduit d'admission 2 reliant la face supérieure de la chambre de combustion à l'entrée de la culasse 3 à une soupape 4 d'entrée vers le cylindre 1. Le conduit d'admission 2 est placé de façon qu'il débouche dans le cylindre 1 d'une manière particulière, favorable à la génération naturelle d'un mouvement tourbillonnaire de l'air entrant dans le cylindre. Pour cela, la droite qui joint le centre de l'orifice du conduit d'admission 2 débouchant dans le cylindre 1 et qui joint également le centre du cylindre 1 fait un angle alpha avec une droite passant par le centre du cylindre 1 et parallèle à la face en regard de la culasse 3. Avantageusement, cet angle alpha est compris entre environ 0 degré et 60 degrés. Le conduit est en outre disposé de façon qu'il débouche dans le cylindre d'une manière sensiblement tangentielle par rapport au cylindre, comme on peut le voir sur la figure 1. En d'autres termes, la direction générale de sortie de l'air issu du conduit d'admission est sensiblement tangentielle à la paroi externe du cylindre 1. De préférence, cette direction générale de sortie d'air du conduit d'admission forme un angle de l'ordre de 90 degrés, avantageusement compris entre 60 et 120 degrés, avec la droite joignant le centre de l'orifice du conduit d'admission 2 et le centre du cylindre 1. Grâce à ces dispositions, on obtient un effet de rotation de l'air dans le cylindre. Le conduit d'admission 2 est de plus divisé en deux parties 2a, 2b par une paroi interne de séparation 5 qui s'étend sur toute la longueur du conduit 2. Elle sépare le conduit d'admission 2 en une première partie extérieure 2a et une deuxième partie intérieure 2b qui débouche plus près de l'axe du cylindre 1 que la partie extérieure 2a, laquelle débouche plus près de la paroi externe périphérique du cylindre 1. Un clapet 6 mobile en rotation, du type boisseau, est disposé dans la partie supérieure du conduit d'admission 2 de sorte de pouvoir obturer la partie intérieure 2b du conduit 2. Un tel dispositif permet de modifier le parcours de l'air à l'admission en fonction du clapet 6 et de mettre en oeuvre le concept de swirl variable. Ainsi, le dispositif permet de rechercher un compromis amélioré entre swirl et perméabilité, en permettant par exemple d'obtenir un swirl fort en bas régime par l'obstruction totale de la partie intérieure 2b du conduit d'admission. Cette solution reste toutefois insatisfaisante et non optimisée. EP1247957 discloses a solution to achieve a compromise between the need for a high swirl while maintaining an acceptable permeability. Such a solution is shown very schematically in plan view in FIG. 1. It comprises an intake device, adapted to a direct injection diesel engine, which comprises, for each engine cylinder 1, an intake duct 2 connecting the upper face of the combustion chamber at the inlet of the cylinder head 3 to an inlet valve 4 to the cylinder 1. The intake duct 2 is placed so that it opens into the cylinder 1 in a particular manner , favorable to the natural generation of a swirling motion of the air entering the cylinder. For this, the line joining the center of the orifice of the intake duct 2 opening into the cylinder 1 and which also joins the center of the cylinder 1 is at an angle alpha with a line passing through the center of the cylinder 1 and parallel to 3. Advantageously, this angle alpha is between about 0 degrees and 60 degrees. The conduit is further disposed so that it opens into the cylinder in a substantially tangential manner with respect to the cylinder, as can be seen in FIG. 1. In other words, the general direction of exit of the air from the intake duct is substantially tangential to the outer wall of the cylinder 1. Preferably, this general air outlet direction of the intake duct forms an angle of the order of 90 degrees, advantageously between 60 and 120 degrees, with the straight line joining the center of the inlet of the intake duct 2 and the center of the cylinder 1. With these provisions, we obtain a rotation effect of the air in the cylinder. The intake duct 2 is further divided into two parts 2a, 2b by an internal separation wall 5 which extends over the entire length of the duct 2. It separates the intake duct 2 into a first external part 2a and a second inner portion 2b which opens closer to the axis of the cylinder 1 than the outer portion 2a, which opens out closer to the peripheral outer wall of the cylinder 1. A movable valve 6 in rotation, of the bushel type, is disposed in the upper part of the intake duct 2 so that the inner portion 2b of the duct 2 can be closed off. Such a device makes it possible to modify the path of the intake air as a function of the valve 6 and to implement the concept of variable swirl. Thus, the device allows to seek an improved compromise between swirl and permeability, allowing for example to obtain a strong swirl in low speed by the total obstruction of the inner portion 2b of the intake duct. This solution, however, remains unsatisfactory and not optimized.
La présente invention a pour objet une solution d'admission d'air dans un cylindre de moteur à combustion qui ne présente pas les inconvénients des dispositifs connus, et qui permette l'obtention d'un compromis swirl/perméabilité optimisé pour tous les points de fonctionnement du moteur. The present invention relates to an air intake solution in a combustion engine cylinder which does not have the drawbacks of known devices, and which makes it possible to obtain a compromise swirl / permeability optimized for all points of engine operation.
L'invention a également pour objet une telle solution d'admission, qui permette d'obtenir naturellement un mouvement de swirl associé à une perméabilité élevée, contribuant à un meilleur remplissage du moteur pour les faibles charges de fonctionnement du moteur. The invention also relates to such an intake solution, which allows to naturally obtain a swirl movement associated with high permeability, contributing to a better filling of the engine for low engine operating loads.
A cet effet, l'invention propose un dispositif d'admission d'air dans un cylindre de moteur à combustion, comprenant au moins un conduit d'admission d'air divisé en deux parties dont une partie de remplissage est obturable par un moyen d'obturation, caractérisé en ce que la partie de remplissage comprend une section adaptée à la minimisation des fuites au niveau du moyen d'obturation lorsque ce dernier est fermé pour limiter la baisse de perméabilité du conduit d'admission. La section de la partie de remplissage peut être circulaire ou ellipsoïdale. For this purpose, the invention proposes an air intake device in a combustion engine cylinder, comprising at least one air inlet duct divided into two parts, a filling part of which can be closed by means of a shutter, characterized in that the filling portion comprises a section adapted to minimize leakage at the closure means when the latter is closed to limit the drop in permeability of the intake duct. The section of the filling portion may be circular or ellipsoidal.
La deuxième partie de swirl du conduit d'admission peut présenter une section qui minimise les pertes de charge pour atteindre une perméabilité 10 maximale. Pour cela, la section de la deuxième partie de swirl du conduit d'admission peut être rectangulaire. The second portion of the inlet duct swirl may have a section that minimizes pressure drops to achieve maximum permeability. For this, the section of the second part of the swirl of the intake duct may be rectangular.
Le conduit d'admission peut s'étendre depuis une partie haute reliée à une culasse jusqu'à un orifice débouchant dans le cylindre, l'orifice étant disposé 15 de façon que la droite joignant le centre de l'orifice du conduit d'admission au centre du cylindre dans un plan perpendiculaire à l'axe du cylindre fasse un angle compris entre 0 et 60 degrés avec une droite passant par le centre du cylindre et parallèle à la face en regard de la culasse, afin de favoriser la génération d'un mouvement tourbillonnaire de l'air à l'entrée dans le 20 cylindre. The intake duct may extend from an upper portion connected to a cylinder head to an orifice opening into the cylinder, the orifice being disposed so that the line joining the center of the orifice of the intake duct in the center of the cylinder in a plane perpendicular to the axis of the cylinder makes an angle between 0 and 60 degrees with a straight line passing through the center of the cylinder and parallel to the opposite face of the cylinder head, to promote the generation of a swirling motion of the air at the entrance to the cylinder.
L'axe de sortie du conduit d'admission peut faire un angle compris entre 60 et 120 degrés avec la droite joignant le centre de l'orifice du conduit d'admission au centre du cylindre dans un plan perpendiculaire à l'axe du 25 cylindre. The outlet shaft of the intake duct may be at an angle between 60 and 120 degrees with the line joining the center of the intake duct orifice to the center of the cylinder in a plane perpendicular to the cylinder axis .
La paroi interne de séparation du conduit d'admission peut s'étendre sur toute la longueur du conduit d'admission. The internal partition wall of the intake duct may extend over the entire length of the intake duct.
30 Le moyen d'obturation de la partie de remplissage du conduit d'admission peut comprendre un volet, et/ou un clapet mobile en translation du type5 guillotine, et/ou un clapet rotatif autour d'un axe perpendiculaire à l'axe du conduit d'admission, du type papillon, monté à l'intérieur du conduit, et/ou un clapet rotatif autour d'un axe perpendiculaire à l'axe du conduit, du type boisseau, monté en partie à l'extérieur du conduit, et peut être disposé en haut ou en bas du conduit d'admission. The closure means of the filling portion of the intake duct may comprise a flap, and / or a movable flap in translation of the guillotine type, and / or a rotary flap around an axis perpendicular to the axis of the intake duct, of the butterfly type, mounted inside the duct, and / or a rotary valve around an axis perpendicular to the axis of the duct, of the plug type, mounted partly outside the duct, and may be disposed at the top or bottom of the intake duct.
L'invention porte aussi sur un moteur à combustion pour véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'admission d'air tel que décrit précédemment. L'invention porte aussi sur un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'admission d'air tel que décrit précédemment. The invention also relates to a combustion engine for a motor vehicle characterized in that it comprises an air intake device as described above. The invention also relates to a motor vehicle, characterized in that it comprises an air intake device as described above.
L'invention porte aussi sur un procédé d'admission d'air dans un cylindre de 15 moteur à combustion comprenant au moins un conduit d'admission divisé en deux parties dont une partie de remplissage est obturable par un moyen d'obturation, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'obturation totale d'une section de la partie de remplissage de forme adaptée pour la minimisation des fuites au niveau du moyen d'obturation lors de sa position 20 fermée. The invention also relates to a method of admitting air into a combustion engine cylinder comprising at least one inlet duct divided into two parts, a filling part of which is closable by a sealing means, characterized in that it comprises a step of completely sealing a section of the shaped filling portion adapted for minimizing leakage at the closure means during its closed position.
Le procédé d'admission d'air peut comprendre une étape de fermeture totale du moyen d'obstruction pour une charge du moteur comprise entre 0% et 30%. Le procédé d'admission d'air peut comprendre une étape de fermeture totale du moyen d'obstruction pour une charge du moteur comprise entre 0% et 10% et une étape de fermeture partielle du moyen d'obstruction pour une charge du moteur comprise entre 10% et 50%. 25 30 Le procédé d'admission d'air peut comprendre une étape de fermeture totale ou partielle de la partie de remplissage de section circulaire du conduit d'admission pour les faibles charges du moteur, l'air traversant alors intégralement ou partiellement l'autre partie de swirl non obturée de section rectangulaire du conduit d'admission. The air intake method may comprise a step of completely closing the obstruction means for an engine load of between 0% and 30%. The air intake method may comprise a step of completely closing the obstruction means for an engine load of between 0% and 10% and a partial closure step of the obstruction means for an engine load between 10% and 50%. The air intake method may comprise a step of total or partial closure of the circular section filler portion of the intake duct for low engine loads, the air then wholly or partially passing through the other. part of unsealed swirl of rectangular section of the intake duct.
Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode d'exécution particulier fait à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : These objects, features and advantages of the present invention will be set forth in detail in the following description of a particular embodiment made in a non-limiting manner in relation to the appended figures among which:
La figure 1 représente schématiquement un dispositif d'admission selon un état de la technique. FIG. 1 diagrammatically represents an admission device according to a state of the art.
La figure 2 représente le conduit d'admission en coupe A-A en configuration ouverte selon l'état de la technique. FIG. 2 represents the inlet duct in section A-A in open configuration according to the state of the art.
La figure 3 représente le conduit d'admission en coupe A-A en configuration fermée selon l'état de la technique. La figure 4 représente le conduit d'admission en coupe A-A en configuration ouverte selon un mode d'exécution de l'invention. Figure 3 shows the inlet duct in section A-A in closed configuration according to the state of the art. FIG. 4 represents the inlet duct in section A-A in open configuration according to one embodiment of the invention.
La figure 5 représente le conduit d'admission en coupe A-A en configuration 25 fermée selon le mode d'exécution de l'invention. Figure 5 shows the inlet duct in section A-A in closed configuration according to the embodiment of the invention.
La figure 6 représente un premier pilotage du moyen d'obstruction du conduit d'admission en fonction de la charge du moteur selon un procédé du mode d'exécution de l'invention. 30 La figure 7 représente l'évolution de la perméabilité en fonction de la charge du moteur selon le procédé du mode d'exécution de l'invention. FIG. 6 represents a first control of the means of obstruction of the intake duct as a function of the load of the engine according to a method of the embodiment of the invention. FIG. 7 represents the evolution of the permeability as a function of the engine load according to the method of the embodiment of the invention.
La figure 8 représente un second pilotage du moyen d'obstruction du conduit 5 d'admission en fonction de la charge du moteur selon le procédé du mode d'exécution de l'invention. FIG. 8 represents a second control of the means of obstruction of the intake duct 5 as a function of the load of the engine according to the method of the embodiment of the invention.
La figure 9 représente l'évolution de la perméabilité en fonction de la charge du moteur selon le procédé du mode d'exécution de l'invention. La figure 10 représente la déchéance du swirl maximum en fonction de la section de fuite respectivement avec la solution de l'état de la technique et avec l'invention. FIG. 9 represents the evolution of the permeability as a function of the engine load according to the method of the embodiment of the invention. FIG. 10 represents the lapse of the maximum swirl as a function of the leakage section respectively with the solution of the state of the art and with the invention.
15 La figure 11 représente l'évolution de la perméabilité en fonction du swirl selon respectivement la solution de l'état de la technique et celle du mode d'exécution de l'invention. FIG. 11 shows the evolution of the permeability as a function of the swirl according to the solution of the state of the art and that of the embodiment of the invention, respectively.
Les figures 2 et 3 représentent en coupe A-A le conduit d'admission 2 et ses 20 deux parties 2a, 2b selon la solution de l'état de la technique, en position ouverte puis fermée. Selon l'invention, il a été analysé que dans la position fermée, représentée en figure 3, le clapet d'obturation 6, mobile autour d'un axe 7, occupe une position fermée imparfaite qui présente des jeux 8 sur le pourtour de la partie 2b à fermer, qui engendrent une section globale de 25 fuite importante. Cela engendre une chute de swirl maximum qui conduit finalement à une dégradation des émissions et notamment un plus fort rejet des fumées à l'échappement du moteur et une dégradation de la consommation de carburant, induisant des émissions de dioxyde de carbone CO2. Pour pallier à ces inconvénients, l'état de la technique incite le choix 30 d'un conduit d'admission dont la géométrie favorise la génération du swirl 10 afin de pouvoir maintenir un swirl élevé en mode obturé malgré les fuites du système d'obturation. Selon le concept de l'invention, le conduit d'admission est aussi divisé en deux parties différentes pour mettre en oeuvre le concept de swirl variable, chaque partie présentant toutefois une géométrie optimale pour l'effet recherché. Ainsi, la partie qui peut être obturée, que nous appellerons partie de remplissage, présente une section adaptée pour réduire l'effet de chute du swirl par les fuites au niveau du volet d'obturation. Selon le mode d'exécution décrit ci-dessous, cette section est circulaire. En variante, elle pourrait être ellipsoïdale ou présenter toute autre forme remplissant la fonction technique de minimisation des fuites. De préférence, la forme choisie permettra d'obtenir un jeu minimum entre le système d'obturation en position fermée et le conduit en position fermée, compatible avec le processus de fonderie utilisé pour la fabrication. Figures 2 and 3 show in section A-A the intake duct 2 and its two parts 2a, 2b according to the solution of the state of the art, in the open position and closed. According to the invention, it has been analyzed that in the closed position, represented in FIG. 3, the shut-off valve 6, movable about an axis 7, occupies an imperfect closed position which has gaps 8 on the periphery of the part 2b to close, which generate a major leak section overall. This results in a maximum swirl drop which ultimately leads to a degradation of emissions including a higher emission of fumes to the engine exhaust and a degradation of fuel consumption, inducing CO2 emissions of carbon dioxide. To overcome these drawbacks, the state of the art prompts the choice of an intake duct whose geometry favors the generation of the swirl 10 in order to maintain a high swirl in closed mode despite leakage of the shutter system . According to the concept of the invention, the intake duct is also divided into two different parts to implement the concept of variable swirl, each part however having an optimal geometry for the desired effect. Thus, the part that can be closed, which we will call filling part, has a section adapted to reduce the effect of falling of the swirl by the leaks at the shutter. According to the embodiment described below, this section is circular. Alternatively, it could be ellipsoidal or have any other form fulfilling the technical function of minimizing leakage. Preferably, the chosen shape will provide a minimum clearance between the shutter system in the closed position and the duct in the closed position, compatible with the foundry process used for manufacturing.
Les figures 4 et 5 illustrent ainsi un mode d'exécution de l'invention dans lequel les deux parties du conduit d'admission sont présentées en section A-A, le reste du dispositif conservant la géométrie telle que présentée sur la figure 1. Le conduit d'admission présente donc une partie de remplissage 12b de section circulaire et une seconde partie 12a qui n'est jamais obturée, que nous appellerons partie de swirl. Comme cela est illustré sur la figure 5, lorsque le moyen d'obturation 16, qui est un volet mobile autour d'un axe 17 dans ce mode d'exécution, ferme entièrement la partie de remplissage 12b du conduit, il n'y a plus le phénomène de fuite noté dans les solutions de l'état de la technique. FIGS. 4 and 5 thus illustrate an embodiment of the invention in which the two parts of the intake duct are presented in section AA, the remainder of the device retaining the geometry as shown in FIG. The inlet therefore has a filling portion 12b of circular section and a second portion 12a which is never closed, which we will call part of swirl. As illustrated in FIG. 5, when the shutter means 16, which is a flap movable around an axis 17 in this embodiment, completely closes the filling portion 12b of the duct, there is the more the phenomenon of leakage noted in the solutions of the state of the art.
Dans le mode d'exécution représenté, la partie de swirl présente une section rectangulaire, ce qui permet de maximiser la perméabilité de cette partie quelle que soit l'obturation appliquée sur la partie de remplissage 12a. En variante, cette partie de swirl pourrait présenter une section de forme ellipsoïdale, ou toute forme allongée en hauteur pour minimiser la perte de section effective de passage des gaz lorsqu'un axe traverse cette section, et plus généralement toute section présentant la fonction de maximisation de la perméabilité en minimisant les pertes de charge. In the embodiment shown, the swirl portion has a rectangular section, which allows to maximize the permeability of this part regardless of the closure applied to the filling portion 12a. Alternatively, this part of swirl could have a section of ellipsoidal shape, or any shape elongated in height to minimize the loss of effective cross section of the gas when an axis passes through this section, and more generally any section with the maximizing function permeability by minimizing pressure losses.
Le reste du dispositif d'admission d'air conserve la géométrie représentée sur la figure 1, et notamment les caractéristiques permettant la génération naturelle du swirl en entrée du cylindre 1. La partie 12b de conduit comportant le moyen d'obturation 16 est celle qui débouche dans le cylindre 1 à l'endroit le plus éloigné de la paroi cylindrique externe du cylindre. Le conduit d'admission comprend au voisinage de l'entrée dans le cylindre une courbure de rayon déterminé favorable à la génération du mouvement tourbillonnaire de swirl. De plus, le centre de la soupape 4 est excentré par rapport à l'axe du cylindre 1 de sorte que le centre de la soupape 4 soit compris entre la paroi extérieure du cylindre 1 et le milieu du rayon du cylindre 1 passant par le centre de la soupape 4. De plus, la droite qui joint le centre de l'orifice du conduit d'admission 12 débouchant dans le cylindre 1 et qui joint également le centre du cylindre 1 fait un angle compris entre environ 0 degré et 60 degrés avec une droite passant par le centre du cylindre 1 et parallèle à la face en regard de la culasse 3. Le conduit 12 est en outre disposé de façon qu'il débouche dans le cylindre d'une manière sensiblement tangentielle par rapport au cylindre. En d'autres termes, la direction générale de sortie de l'air issu du conduit d'admission est sensiblement tangentielle à la paroi externe du cylindre 1. De préférence, cette direction générale de sortie d'air du conduit d'admission forme un angle de l'ordre de 90 degrés, avantageusement entre 60 et 120 degrés, avec la droite joignant le centre de l'orifice du conduit d'admission 12 et le centre du cylindre 1. The remainder of the air intake device retains the geometry shown in FIG. 1, and in particular the characteristics allowing the natural generation of the swirl at the inlet of the cylinder 1. The part 12b of duct comprising the closure means 16 is the one that opens into the cylinder 1 at the furthest point of the cylindrical outer wall of the cylinder. The intake duct comprises, in the vicinity of the inlet in the cylinder, a curvature of a determined radius favorable to the generation of the swirling swirling motion. In addition, the center of the valve 4 is eccentric with respect to the axis of the cylinder 1 so that the center of the valve 4 is between the outer wall of the cylinder 1 and the middle of the radius of the cylinder 1 passing through the center of the valve 4. In addition, the line joining the center of the orifice of the intake duct 12 opening into the cylinder 1 and which also joins the center of the cylinder 1 makes an angle of between approximately 0 degrees and 60 degrees with a straight line passing through the center of the cylinder 1 and parallel to the facing face of the cylinder head 3. The conduit 12 is further arranged so that it opens into the cylinder in a substantially tangential manner with respect to the cylinder. In other words, the general air outlet direction from the intake duct is substantially tangential to the outer wall of the cylinder 1. Preferably, this general air outlet direction of the intake duct forms a angle of the order of 90 degrees, preferably between 60 and 120 degrees, with the straight line joining the center of the orifice of the intake duct 12 and the center of the cylinder 1.
Le dispositif d'admission selon l'invention est associé à un procédé d'admission d'air reposant sur un pilotage particulier du volet d'obturation. The intake device according to the invention is associated with an air intake method based on a particular control of the shutter.
Ce procédé comprend notamment les deux étapes suivantes : -en cas de charge élevée du moteur, le volet d'obturation occupe une position ouverte pour obtenir une perméabilité maximale et un swirl minimal ; -en cas de faible charge du moteur, le volet d'obturation occupe une position fermée, fermant la partie de remplissage 12b du conduit d'admission 12, afin d'obtenir un swirl maximal et une perméabilité minimale. Dans cette configuration, le dispositif de l'invention permet d'atteindre un swirl élevé maximisé pour un niveau de perméabilité augmenté. This method comprises in particular the two following steps: in case of high engine load, the shutter flap occupies an open position to obtain maximum permeability and minimal swirl; in case of low engine load, the shutter is in a closed position, closing the filling portion 12b of the intake duct 12, in order to obtain maximum swirl and minimum permeability. In this configuration, the device of the invention achieves a high swirl maximized for an increased level of permeability.
Selon un premier pilotage possible du volet d'obturation illustré par la courbe 20 de la figure 6, le volet peut occuper une position ouverte pour une charge élevée du moteur comprise entre 30% et 100% et une position fermée pour une faible charge du moteur comprise entre 0% et 30%. La figure 7 illustre la perméabilité 21 en fonction de la charge du moteur dans le cadre de ce premier pilotage. Dans la phase de faible charge du moteur, entre 0% et 30%, la perméabilité 22 obtenue avec le dispositif d'admission de l'invention est augmentée d'une valeur représentée par la flèche f par rapport à celle obtenue avec la solution de l'état de la technique décrite précédemment, représentée par la courbe 23 en trait tiré. According to a first possible control of the shutter illustrated by the curve 20 of Figure 6, the flap can occupy an open position for a high engine load of between 30% and 100% and a closed position for low engine load between 0% and 30%. FIG. 7 illustrates the permeability 21 as a function of the engine load in the context of this first piloting. In the low load phase of the motor, between 0% and 30%, the permeability 22 obtained with the intake device of the invention is increased by a value represented by the arrow f relative to that obtained with the solution of the state of the art described above, represented by the curve 23 in drawn line.
Selon une variante du procédé d'admission, le volet peut occuper une position intermédiaire dans laquelle la fermeture du volet est partielle, évolue en fonction de la charge du moteur, par exemple de manière proportionnelle. According to a variant of the intake method, the flap can occupy an intermediate position in which the closure of the flap is partial, changes according to the load of the engine, for example proportionally.
La figure 8 illustre un second pilotage 25 du volet d'obturation en fonction de la charge du moteur, dans lequel il occupe une position intermédiaire entre la position fermée et ouverte, proportionnelle à la charge du moteur, pour une charge comprise entre 10% et 50%. Le volet est complètement fermé pour une charge du moteur comprise entre 0% et 10% et est complètement ouvert pour une charge entre 50% et 100%. La figure 9 illustre la perméabilité 26 obtenue par le pilotage précédent. Pour les faibles charges du moteur, entre 0% et 50%, la perméabilité 27 est au-dessus de la perméabilité 28 obtenue avec la solution de l'état de la technique décrite précédemment, augmentée d'une valeur représentée par la flèche g. Le procédé de l'invention porte donc particulièrement sur le traitement à faible charge du moteur, pour lequel le moyen d'obstruction est totalement ou partiellement fermé, et permet d'atteindre une nette amélioration du swirl dans ces phases à faible charge du moteur. 10 Ainsi, l'invention atteint bien les objets recherchés et présente finalement les avantages suivants induits par la meilleure optimisation du compromis swirl/perméabilité : - en faible charge du moteur, le swirl obtenu est plus élevé, pour un niveau 15 de perméabilité de même optimisé, ce qui diminue fortement les émissions polluantes du moteur, notamment les émissions d'imbrûlés et monoxyde de carbone (HC & CO) rejetées dans l'atmosphère par le groupe motopropulseur ; - en faible charge du moteur, avec le volet complètement ou partiellement 20 fermé, la limitation de la section de fuite et de son effet sur le swirl permet un meilleur étagement (et différenciation) des niveaux de swirl atteints par le conduit d'admission, et donc une meilleure performance du contrôle du système de swirl variable ; - le conduit d'admission selon l'invention peut présenter une géométrie 25 générant naturellement un swirl moins fort qu'avec les solutions de l'état de la technique, puisqu'il n'y a moins de nécessité de compenser la forte chute de swirl en mode obturé. L'invention offre ainsi plus de souplesse pour la conception du conduit d'admission.5 La figure 10 illustre un résultat obtenu avec un dispositif d'admission selon l'invention par rapport à un dispositif conventionnel de l'état de la technique. La courbe 30 représente la variation du swirl en fonction de la section de fuite avec un dispositif selon l'invention, en comparaison avec le résultat obtenu sur la courbe 31 avec un dispositif conventionnel. Le swirl obtenu avec le dispositif de l'invention reste bien supérieur au swirl de la solution conventionnelle. FIG. 8 illustrates a second control 25 of the shutter as a function of the engine load, in which it occupies an intermediate position between the closed and open position, proportional to the load of the engine, for a load of between 10% and 50%. The shutter is fully closed for motor load between 0% and 10% and is fully open for load between 50% and 100%. FIG. 9 illustrates the permeability 26 obtained by the previous piloting. For low engine loads, between 0% and 50%, the permeability 27 is above the permeability 28 obtained with the solution of the state of the art described above, increased by a value represented by the arrow g. The method of the invention therefore relates particularly to the low-load treatment of the engine, for which the obstruction means is totally or partially closed, and allows to achieve a significant improvement of the swirl in these low-load phases of the engine. Thus, the invention achieves the desired objects and finally has the following advantages induced by the best optimization of the swirl / permeability compromise: at low load of the engine, the swirl obtained is higher, for a level of permeability of the same optimized, which greatly reduces the pollutant emissions of the engine, including emissions of unburnt and carbon monoxide (HC & CO) released into the atmosphere by the powertrain; in low load of the engine, with the flap fully or partially closed, the limitation of the leakage section and its effect on the swirl allows a better staging (and differentiation) of the swirl levels reached by the intake duct, and therefore a better performance of the control of the variable swirl system; the intake duct according to the invention may have a geometry 25 naturally generating a swirl less strong than with the solutions of the state of the art, since there is less need to compensate for the sharp drop in swirl in closed mode. The invention thus offers more flexibility for the design of the intake duct. FIG. 10 illustrates a result obtained with an intake device according to the invention compared to a conventional device of the state of the art. Curve 30 represents the variation of the swirl as a function of the leakage section with a device according to the invention, in comparison with the result obtained on the curve 31 with a conventional device. The swirl obtained with the device of the invention remains much higher than the swirl of the conventional solution.
La figure 11 illustre de même le résultat positif obtenu avec le dispositif selon l'invention, en comparant deux courbes 32, 33 de perméabilité en fonction du swirl obtenues respectivement avec le dispositif selon l'invention et un dispositif conventionnel. Pour une valeur de perméabilité donnée, le swirl est supérieur avec la solution de l'invention, dont la courbe se trouve décalée dans le sens des flèches h, particulièrement pour les fortes valeurs de swirl, soit à bas régime du moteur. Deux courbes perméabilité/swirl 34, 35 illustrent de plus respectivement les courbes obtenues respectivement pour les dispositifs d'admission selon l'invention et selon l'état de la technique sans système d'obturation, afin de comparer l'incidence des effets de fuite dans les deux cas. Vers les fortes valeurs du swirl, on note un écart plus faible entre les deux courbes 32, 34 de la solution de l'invention pour une valeur donnée de perméabilité qu'entre les deux autres courbes 33, 35. FIG. 11 similarly illustrates the positive result obtained with the device according to the invention, by comparing two curves 32, 33 of permeability as a function of the swirl respectively obtained with the device according to the invention and a conventional device. For a given permeability value, the swirl is greater with the solution of the invention, whose curve is offset in the direction of the arrows h, particularly for the high values of swirl, ie low engine speed. Two permeability / swirl curves 34, 35 respectively illustrate respectively the curves obtained respectively for the intake devices according to the invention and according to the state of the art without a closure system, in order to compare the incidence of leakage effects. in both cases. Towards the high values of the swirl, there is a smaller gap between the two curves 32, 34 of the solution of the invention for a given value of permeability than between the two other curves 33, 35.
De plus, la paroi de séparation 15 s'étend sur toute la longueur du conduit d'admission 12 dans le mode d'exécution choisi, depuis l'orifice d'entrée du conduit en liaison avec l'entrée de la culasse jusqu'à proximité immédiate de l'axe de la soupape d'admission dans le cylindre. En variante, cette paroi de séparation peut être plus courte, par exemple n'allant pas jusqu'à l'axe de la soupape, mais jusqu'à une distance inférieure à l cm de l'axe de la soupape. De même, la paroi de séparation 15 du conduit d'admission 12 a été choisie verticale dans le mode d'exécution représenté mais elle pourrait être horizontale, ou présenter une autre inclinaison. In addition, the partition wall 15 extends over the entire length of the intake duct 12 in the chosen embodiment, from the duct inlet orifice in connection with the entrance of the cylinder head to immediate proximity to the axis of the intake valve in the cylinder. Alternatively, this partition wall may be shorter, for example not up to the axis of the valve, but up to a distance of less than 1 cm from the axis of the valve. Similarly, the partition wall 15 of the intake duct 12 has been chosen vertical in the embodiment shown but it could be horizontal, or have another inclination.
Le moyen d'obturation 16 peut être un volet, un boisseau rotatif monté en partie à l'extérieur du conduit, un papillon rotatif autour d'un axe et monté à l'intérieur du conduit, une guillotine coulissant perpendiculairement au plan de la paroi de séparation, ou tout autre moyen et peut être disposé en haut ou en bas ou à tout niveau du conduit d'admission 12. The sealing means 16 may be a shutter, a rotary plug mounted partly outside the conduit, a butterfly rotatable about an axis and mounted inside the conduit, a guillotine sliding perpendicularly to the plane of the wall separation, or any other means and may be arranged at the top or bottom or at any level of the intake duct 12.
L'invention a été illustrée dans une configuration avec un seul conduit d'admission mais elle pourrait être implémentée de manière similaire avec 10 plusieurs conduits d'admission par cylindre. The invention has been illustrated in a single inlet configuration, but could be similarly implemented with several intake ducts per cylinder.
Enfin, l'invention a été illustrée dans le cadre d'un moteur diesel à injection directe, mais elle pourrait être implémentée avec tout autre moteur de véhicule automobile comme un moteur à essence et, d'une manière plus 15 générale, chaque fois qu'il est souhaitable de créer un swirl variable sans pour autant sacrifier la perméabilité. Finally, the invention has been illustrated in the context of a direct injection diesel engine, but it could be implemented with any other engine of a motor vehicle such as a gasoline engine and, more generally, whenever It is desirable to create a variable swirl without sacrificing permeability.
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Citations (5)
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2009
- 2009-06-10 FR FR0902787A patent/FR2946691A3/en not_active Withdrawn
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Effective date: 20110228 |