FR3041378A3 - Conduit d'admission a geometrie variable pour un moteur a combustion interne - Google Patents

Conduit d'admission a geometrie variable pour un moteur a combustion interne Download PDF

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Abstract

Un conduit d'admission comprend une paroi tubulaire (10), avec une entrée (19) et une sortie (20), au moins un siège (14) pour une soupape d'admission (12) étant associé à la sortie (20), le conduit (10) comportant une partie axiale d'entrée (21), une partie axiale de sortie (23) et une partie axiale intermédiaire (22), dans laquelle est disposée une cloison (24) qui divise le conduit (10) en un premier et un deuxième passages (25, 26), le premier passage (25) étant aligné avec l'ouverture de sortie (20) et le deuxième passage (26) confluant dans le premier passage (25) de la partie axiale de sortie (23) du conduit (10), en amont du siège (14), et comportant une paroi inférieure (26a) susceptible de dévier le flux dans le deuxième passage (26) vers la partie de l'ouverture de sortie (20) qui fait face à la partie centrale de la chambre de combustion (6). Dans la partie axiale d'entrée (21) est disposé un organe de déviation de flux (30) pouvant prendre une première et une deuxième positions de travail, dans lesquelles le flux provenant de l'ouverture d'entrée (19) est dirigé vers le premier passage (25) et le deuxième passage (26), respectivement, et une pluralité de positions de travail intermédiaires, à chacune desquelles est associé un rapport entre les portées des flux qui traversent les passages.

Description

CONDUIT D'ADMISSION A GEOMETRIE VARIABLE POUR UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE
La présente invention concerne un conduit d'admission à géométrie variable pour un moteur à combustion interne à allumage commandé avec au moins un cylindre, le conduit comprenant une paroi essentiellement tubulaire, avec une entrée et une sortie pour un flux aériforme, dans lequel est associé à la sortie au moins un siège annulaire pour une soupape d'admission.
On sait que dans certaines conditions de fonctionnement d'un moteur à combustion interne, telles que, par exemple, dans le fonctionnement à faibles charges et à bas régimes de rotation, il devient avantageux d'accroître la turbulence à l'intérieur des cylindres à l'aide de dispositifs qui modifient la géométrie des conduits d’admission, par exemple comme décrit dans le document US 2014/0165960 A1 et le document US 6 915 774 B2. L'accroissement de la turbulence produit une combustion plus rapide et stable, ce qui permet, de façon générale, d’obtenir des réductions sensibles des consommations de carburant. L’accroissement de la turbulence est obtenu de façon générale par l'emploi de dispositifs qui permettent l'accroissement des mouvements connus, dans la littérature et par les experts du domaine, comme des mouvements de "tumble", ou, autrement dit, des macro-vortex qui sont générés durant la phase d'aspiration (quand la ou les soupapes d'admission sont ouvertes) autour d'un axe essentiellement orthogonal à l'axe du cylindre.
Pour accroître l'importance des mouvements de "tumble", il faut diriger le flux aériforme qui provient du conduit d'admission de façon à accroître sa composante tangentielle de vitesse par rapport à un axe orthogonal à l'axe du cylindre. L'accroissement de la turbulence est donc toujours associé à une réduction fluidodynamique de la section de passage efficace à travers la soupape d'admission, afin d'accroître lesdites composantes tangentielles de la vitesse. Ceci comprend une réduction de la "perméabilité” du conduit d'admission, à savoir du coefficient d'écoulement, qui limite les performances maximales du moteur.
Un but de la présente invention est de réaliser un conduit d'admission à géométrie variable, qui, de façon différente des solutions précédemment proposées, peut fonctionner avec un coefficient d'écoulement maximal aux régimes de rotation élevés et aux charges élevées du moteur à combustion, de façon analogue à ce qui serait obtenu avec un conduit d'admission optimisé pour des performances extrêmement élevées. Par régimes élevés et par charges élevées, on entend par exemple des régimes de rotation du moteur supérieurs à 4000 t/min et des charges avec une PME (pression moyenne efficace) supérieure à 15 bars dans le cas d'un moteur suralimenté, et supérieure à 8 bars pour un moteur de type aspiré.
Le coefficient d'écoulement peut être mesuré dans un banc de mesure de flux avec une différence de pression ΔΡ pré-établie entre pics et vallées et pour une hauteur prédéterminée des soupapes, et défini comme étant le rapport entre la portée mesurée et la portée calculée avec un flux isoentropique dans une section de référence avec la même valeur ΔΡ (la section de référence est, de façon caractéristique, la surface d'un cercle ayant un diamètre égal à l’alésage du moteur) :
où : m mesurée est la portée mesurée,
Ak est la surface de référence citée ci-dessus,
Poi est la pression en amont du conduit, R est la constante universelle des gaz,
Toi est la température en amont du conduit, k est le rapport entre la chaleur spécifique à pression constante et la chaleur spécifique à volume constant du flux aériforme, et P02 est la pression en aval du conduit (pression dans le cylindre).
De façon caractéristique, un conduit d’admission avec un coefficient d'écoulement élevé peut avoir des valeurs de ακ comprises entre 0,13 et 0,18.
Le but cité ci-dessus est réalisé, selon l’invention, avec un conduit d'admission à géométrie variable du type défini initialement, comportant : une partie axiale d'entrée, une partie axiale de sortie et une partie axiale intermédiaire, dans la partie axiale intermédiaire est disposée une cloison longitudinale qui divise le conduit en un premier et en un deuxième passages, supérieur et inférieur, respectivement ; dans lequel : un premier passage est sensiblement aligné avec l'ouverture de sortie, et le deuxième passage conflue latéralement dans le premier passage dans la partie axiale de sortie du conduit, en amont dudit siège de soupape, et comporte une paroi inférieure susceptible de dévier tangentieliement le flux qui transite dans le deuxième passage vers la partie de l'ouverture de sortie, qui, lors de l’utilisation, fait face à la partie centrale de la chambre de combustion du cylindre associé ; et dans lequel : dans la partie axiale d'entrée du conduit est disposé un organe de déviation de flux susceptible de prendre, par rapport à ladite cloison longitudinale : * une première et une deuxième positions de travail, dans lesquelles le flux provenant de l'ouverture d’entrée se trouve au moins de façon prédominante dirigé vers ledit premier passage, et, respectivement, vers ledit deuxième passage, et * une pluralité de positions de travail intermédiaires entre lesdites première et deuxième positions, à chaque position intermédiaire étant associé un rapport correspondant entre les portées des flux qui traversent le premier et le deuxième passages. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de façon évidente à partir de la description détaillée qui suit, réalisée à simple titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins joints, dans lesquels : - la figure 1 est une vue partielle en coupe d'un moteur à combustion interne à allumage commandé, muni d'un conduit d'admission à géométrie variable selon la présente invention, représenté dans une première condition de fonctionnement ; et - les figures 2 et 3 sont des vues analogues à celle présentée en figure 1, et représentent le conduit d'admission dans deux autres conditions de fonctionnement.
Dans les dessins, en 1 est globalement indiqué un moteur à combustion interne à allumage commandé d'un type connu par lui-même, comprenant un bloc-cylindre 2, auquel est fixé de façon supérieure une culasse 3.
En 4 est indiqué un cylindre du moteur, dans lequel est monté de façon mobile d'une façon connue par elle-même un piston 5.
Dans le cylindre 4, entre le piston 5 et la culasse 3 est définie une chambre de combustion indiquée en 6.
Dans la culasse 3 sont réalisés un conduit d'admission 10 et un conduit d'échappement 11, susceptibles d'être mis en communication avec la chambre de combustion 6 par l'intermédiaire de soupapes respectives 12 et 13, dont les positions par rapport à des sièges de soupape 14 et 15, qui leur sont respectivement associés, sont commandées d'une façon connue par elle-même par ("intermédiaire d’arbres à cames 16 et 17.
Le conduit d’admission 10 comprend une paroi 18 essentiellement tubulaire, avec une entrée 19 et une sortie 20 correspondant au siège 14 associé à la soupape d'admission 12.
Le conduit 10 comporte une partie axiale d’entrée 21 et une partie axiale de sortie 23, entre lesquelles s'étend une partie axiale intermédiaire 22.
Dans la partie axiale intermédiaire 22 du conduit d'admission 10 est disposée une cloison longitudinale fixe 24, qui divise lé conduit en un premier et en un deuxième passages 25 et 26, supérieur et inférieur, respectivement.
Le premier passage 25 est sensiblement aligné axialement avec l’ouverture de sortie 20 du conduit d'admission 10.
Le deuxième passage 26 conflue latéralement dans Se premier passage 25, dans la partie axiale de sortie 23 du conduit d'admission 10, en amont du siège de soupape 14.
Le deuxième passage 26 comporte de plus une paroi inférieure en arc 26a, susceptible de dévier de façon tangentielle le flux qui transite dans ce deuxième passage 26 vers la partie de l'ouverture de sortie 20, qui, lors de l'utilisation, fait face à la partie centrale de la chambre de combustion 6 du cylindre associé 4 (comme on peut !e voir, par exemple, en figure 2).
Dans la partie axiale d’entrée 21 du conduit 10 est par ailleurs disposé un organe de déviation de flux 30, qui, dans la réalisation illustrée, a son extrémité inférieure articulée en 27 à l'extrémité supérieure de la cloison longitudinale 24. L'organe de déviation de flux 30 est susceptible de prendre, par rapport à la cloison 24 et à la paroi 28 du conduit 10 : - une première et une deuxième positions de travail (représentées dans les figures 1 et 2, respectivement), dans lesquelles le flux provenant de l'ouverture d'entrée 19 se trouve dirigé de façon au moins prédominante, et, de préférence, totalement, vers le premier passage 25, et, respectivement, vers le deuxième passage 26, et, également : - une pluralité de positions de travail intermédiaires entre lesdites première et deuxième positions (figure 3), à chaque position intermédiaire étant associé un rapport correspondant entre la portée des flux qui traversent les passages 25 et 26.
La position de fonctionnement de l'organe de déviation de flux 30 peut être commandée à l'aide d'un dispositif d'actionneur associé 40, lequel est un micromoteur électrique, piloté par une unité électronique de commande 50 à laquelle sont connectés une pluralité de capteurs électriques S1, ..., SIM, susceptibles de délivrer à cette unité de commande 50 des signaux indicatifs de la condition de fonctionnement du moteur 1.
En figure 1, l'organe de déviation de flux 30 est représenté dans la position dans laquelle est produite la valeur maximale de coefficient d'écoulement (perméabilité maximale du conduit d'admission 10).
Si, au contraire, l'organe de déviation de flux 30 est disposé dans la position de travail représentée en figure 2, il est réalisé une configuration du conduit d'admission 10 qui permet de générer dans la chambre de combustion 6 Un mouvement de "tumble” très intense, puisque le flux entre dans la chambre de combustion 6 dans une direction principalement tangentielie. il est ainsi possible d'accroître la turbulence dans la chambre de combustion 6 de façon à améliorer le processus de combustion et à réduire sensiblement les consommations de carburant à partir du moteur isans pour autant altérer les performances de ce moteur.
Le système décrit ci-dessus permet en outre de disposer l'organe de déviation de flux 30 dans une pluralité de positions intermédiaires entre celles selon les figures 1 et 2, par exemple dans la position de la figure 3, de façon à commander le rapport entre les portées des flux qui traversent le passàge supérieur 25 et le passage inférieur 26 du conduit 10.
Par un positionnement approprié de l'organe de déviation de flux 30, il est possible d'adapter la turbulence dans la chambre de combustion 6 aux besoins du moteur 1, de façon à permettre d’obtenir dans tous les pointe de fonctionnement du moteur un compromis optimal entre les performances et la consommation de carburant.
Naturellement, pourvu que le principe de l'invention soit maintenu, les modes de réalisation et les détails de réalisation pourront être amplement modifiés par rapport à ce qui est décrit et illustré à simple titre d'exemple non limitatif.

Claims (4)

  1. REVENDICATIONS
    1. Conduit d'admission à géométrie variable (10) pour un moteur à combustion interne à allumage commandé (1) avec au moins un cylindre (4),. caractérisé en ce qu'il comprend : une paroi (10) essentiellement tubulaire, avec une entrée (19) et une sortie (20) pour un flux aériforme, dans laquelle à la sortie (20) est associé au moins un siège annulaire (14) pour une soupape d'admission (12) ; le conduit (10) comportant : une partie axiale d’entrée (21), une partie axiale de sortie (23) et une partie axiale intermédiaire (22), dans la partie axiale intermédiaire (22) étant disposé une cloison longitudinale (24) qui divise le conduit (10) en un premier et en un deuxième passages (25, 26), supérieur et inférieur, respectivement ; dans lequel : le premier passage (25) est sensiblement aligné avec l'ouverture de sortie (20), et le deuxième passage (26) conflue latéralement dans le premier passage (25) dans la partie axiale de sortie (23) du conduit (10), en amont dudit siège de soupape (14), et comporte une paroi inférieure (26a) Susceptible de dévier tangentie|lement le flux qui transite dans le deuxième passage (26) vers la partie de l’ouverture de sortie (20), qui, lors de l'utilisation, fait face à la partie centrale de la chambre de combustion (6) ; et dans lequel : dans la partie axiale d'entrée (21) du conduit (10) est disposé un organe de déviation de flux (30) susceptible de prendre : • une première et une deuxième positions de travail, dans lesquelles le flux provenant de rouverture d'entrée (19) se trouve au moins principalement dirigé vers ledit premier passage (25), et, respectivement, vers ledit deuxième passage (26), et • une pluralité de positions de travail intermédiaires entre lesdites première et deuxième positions, à chaque position intermédiaire étant associé un rapport correspondant entre les portées des flux qui traversent le premier (25) et le deuxième (26) passages.
  2. 2. Conduit d'admission selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’organe de déviation de flux (30) est articulé de façon rotative sur ladite cloison longitudinale (24).
  3. 3. Conduit d'admission selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à l'organe de déviation de flux (30) est associé un actionneur à commande électrique (40) susceptible d'en provoquer le mouvement par l'intermédiaire desdites positions de travail.
  4. 4. Conduit d'admission selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit dispositif d'actionneur (40) est piloté par une unité électronique de commande (50) en fonction de signaux ou de données délivrés par des dispositifs de détection (SI, .... SN), indicatifs, lors de l'utilisation, de la condition de fonctionnement du moteur à combustion (1) auquel est associé le conduit d’admission (10).
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