FR3094041A1 - Intake duct optimized for direct injection diesel engine - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un conduit d’admission (1) pour moteur Diesel à injection directe, comprenant une première extrémité (11) destinée à déboucher sur une face d’admission du moteur et une deuxième extrémité (12) destinée à déboucher dans une chambre de combustion. Selon l’invention, le conduit d’admission (1) comprend au moins trois rainures hélicoïdales (13, 14, 15, 16) espacées régulièrement entre elles sur la périphérie du conduit d’admission. Chacune des rainures hélicoïdales (13, 14, 15, 16) comprend un bord de départ (150) au niveau de la première extrémité (11) du conduit d’admission et un bord terminal (131, 141) au niveau de la deuxième extrémité (12) du conduit d’admission (1). Enfin, le bord de départ (150) et le bord terminal (131, 141) de chacune des rainures hélicoïdales (13, 14, 15, 16) sont décalés d’au moins 180° l’un par rapport à l’autre suivant l’axe principal A. Figure pour l’abrégé : figure 2The invention relates to an intake duct (1) for a direct injection diesel engine, comprising a first end (11) intended to open onto an intake face of the engine and a second end (12) intended to open into a chamber. combustion. According to the invention, the intake duct (1) comprises at least three helical grooves (13, 14, 15, 16) regularly spaced from each other on the periphery of the intake duct. Each of the helical grooves (13, 14, 15, 16) includes a starting edge (150) at the first end (11) of the intake duct and a terminal edge (131, 141) at the second end (12) of the intake duct (1). Finally, the starting edge (150) and the end edge (131, 141) of each of the helical grooves (13, 14, 15, 16) are offset by at least 180 ° with respect to each other following main axis A. Figure for the abstract: figure 2
Description
L’invention concerne un conduit d’admission pour moteur Diesel à injection directe, et plus particulièrement un conduit d’admission agencé de manière à améliorer la combustion par optimisation du mélange air-carburant dans les cylindres.The invention relates to an intake duct for a direct injection diesel engine, and more particularly an intake duct arranged so as to improve combustion by optimizing the air-fuel mixture in the cylinders.
De manière connue, pour optimiser la combustion du moteur et par conséquent réduire les émissions de polluants et augmenter les performances d'un moteur à combustion interne, il est souhaitable d’assurer dans le cylindre un meilleur mélange d’air et de carburant.In a known manner, to optimize engine combustion and consequently reduce pollutant emissions and increase the performance of an internal combustion engine, it is desirable to ensure a better mixture of air and fuel in the cylinder.
Une des solutions proposées aux moteurs Diesel à injection directe est de générer dans le cylindre un mouvement d’air tourbillonnaire qui se décompose en un mouvement de rotation de la masse d’air sensiblement autour de l’axe du cylindre. Ce mouvement tourbillonnaire est communément appelé par le terme anglophone « swirl».One of the solutions offered to direct injection diesel engines is to generate a swirling air movement in the cylinder which breaks down into a rotational movement of the air mass substantially around the axis of the cylinder. This whirling movement is commonly called by the English term “swirl”.
Par ailleurs, afin de réduire davantage l’émission des polluants produits lors de combustion, notamment des oxydes d’azote « NOx », le moteur Diesel est généralement équipé d’un système de recirculation des gaz d’échappement, encore appelé EGR pour « Exhaust Gaz Recirculation » en anglais.Furthermore, in order to further reduce the emission of pollutants produced during combustion, in particular nitrogen oxides "NOx", the diesel engine is generally equipped with an exhaust gas recirculation system, also called EGR for " Exhaust Gas Recirculation” in English.
Cependant, la réintroduction du gaz d’échappement, encore appelé gaz recirculé, dans le circuit d’admission a tendance à réduire le rendement de combustion. En effet, le mélange d’air et de gaz recirculé a une vitesse de propagation moins élevée que de l’air frais, car la masse volumique du gaz recirculé est différente de celle de l’air frais. Cette réduction de vitesse de propagation du mélange réduit la vitesse de combustion, ce qui risque de retarder la combustion et de réduire ainsi le rendement de combustion.However, the reintroduction of exhaust gas, also called recirculated gas, into the intake circuit tends to reduce combustion efficiency. Indeed, the mixture of air and recirculated gas has a lower propagation speed than fresh air, because the density of the recirculated gas is different from that of fresh air. This reduction in the rate of propagation of the mixture reduces the rate of combustion, which risks retarding combustion and thus reducing the combustion efficiency.
Par conséquent, dans le cas des moteurs Diesel équipés d’un système EGR, l’émission des polluants diminue, mais le rendement du moteur n’est pas aussi bon qu’un moteur dépourvu du système EGR.Therefore, in the case of diesel engines equipped with an EGR system, the emission of pollutants decreases, but the engine performance is not as good as an engine without the EGR system.
Afin d’élever le rendement d’un moteur équipé d’un système EGR à un niveau équivalent à celui d’un moteur sans système EGR, il est souhaitable d’augmenter la vitesse de propagation du mélange d’air frais et de gaz recirculé. Pour ce faire, une solution envisageable est de générer un degré de turbulence de type « swirl » élevé dans le cylindre.In order to raise the efficiency of an engine equipped with an EGR system to a level equivalent to that of an engine without an EGR system, it is desirable to increase the propagation speed of the mixture of fresh air and recirculated gas. . To do this, a possible solution is to generate a high degree of “swirl” type turbulence in the cylinder.
Cependant, les solutions proposées par les moteurs Diesel existants ne fournissent pas un mouvement tourbillonnaire de type « swirl » suffisant pour atteindre le résultat souhaité.However, the solutions offered by existing diesel engines do not provide a whirling movement of the “swirl” type sufficient to achieve the desired result.
Ainsi, un but de la présente invention est de répondre aux inconvénients de l’art antérieur mentionné ci-dessus et en particulier, de proposer une amélioration de la combustion dans le cas d’un moteur Diesel simple, ou de maintenir une bonne combustion dans le cas d’un moteur Diesel équipé d’un système EGR tout en permettant de réduire davantage l’émission des polluants.Thus, an object of the present invention is to respond to the drawbacks of the prior art mentioned above and in particular, to propose an improvement in combustion in the case of a simple diesel engine, or to maintain good combustion in the case of a Diesel engine equipped with an EGR system while making it possible to further reduce the emission of pollutants.
Pour cela, un premier aspect de l’invention concerne un conduit d’admission pour moteur Diesel à injection directe, d’axe principal A. Ce conduit comprend une première extrémité destinée à déboucher sur une face d’admission du moteur et une deuxième extrémité destinée à déboucher dans une chambre de combustion.For this, a first aspect of the invention relates to an intake duct for a direct injection diesel engine, of main axis A. This duct comprises a first end intended to open onto an intake face of the engine and a second end intended to open into a combustion chamber.
Selon l’invention, le conduit d’admission comprend au moins trois rainures hélicoïdales espacées régulièrement entre elles sur la périphérie du conduit d’admission. En outre, chacune des rainures hélicoïdales comprend un bord de départ au niveau de la première extrémité du conduit d’admission et un bord terminal au niveau de la deuxième extrémité du conduit d’admission, et le bord de départ et le bord terminal de chacune des rainures hélicoïdales sont décalés d’au moins 180° l’un par rapport à l’autre suivant l’axe principal A.According to the invention, the intake duct comprises at least three helical grooves regularly spaced from one another on the periphery of the intake duct. Further, each of the helical grooves includes a starting edge at the first end of the intake duct and an end edge at the second end of the intake duct, and the starting edge and the end edge of each helical grooves are offset by at least 180° relative to each other along the main axis A.
Dans le contexte de l’invention, l’expression « au niveau de » signifie « situé dans un même plan » ou « légèrement décalé ». En l’occurrence, la caractéristique selon laquelle le bord de départ est au niveau de la première extrémité du conduit d’admission peut être interprétée comme : « le bord de départ est situé dans un même plan que ladite première extrémité ». Alternativement, la caractéristique peut être interprétée comme : « le bord de départ est légèrement décalé par rapport à la première extrémité de sorte que le bord de départ est situé dans un plan distinct et parallèle à celui contenant la première extrémité du conduit d’admission ». Le décalage entre le bord de départ et la première extrémité peut être de l’ordre de 10 mm à 35 mm.In the context of the invention, the expression “at the level of” means “located in the same plane” or “slightly offset”. In this case, the characteristic that the starting edge is at the level of the first end of the intake duct can be interpreted as: "the starting edge is located in the same plane as the said first end". Alternatively, the characteristic can be interpreted as: "the starting edge is slightly offset from the first end so that the starting edge is located in a distinct plane and parallel to that containing the first end of the intake duct" . The offset between the starting edge and the first end can be of the order of 10 mm to 35 mm.
La même interprétation s’applique au bord terminal de chacune des rainures hélicoïdales et à la deuxième extrémité du conduit d’admission.The same interpretation applies to the terminal edge of each of the helical grooves and to the second end of the intake duct.
Grâce aux filets hélicoïdaux s’étendant sensiblement tout le long du conduit d’admission, un mouvement tourbillonnaire de type « swirl » est imprimé au flux d’air circulant dans le conduit d’admission. Ainsi, le flux d’air est introduit dans la chambre de combustion suivant une trajectoire torsadée, ce qui accroît la rotation du flux d’air autour l’axe de la chambre de combustion, donc le mouvement tourbillonnaire de type « swirl ».Thanks to the helical threads extending substantially all along the intake duct, a “swirl” type vortex movement is imparted to the air flow circulating in the intake duct. Thus, the air flow is introduced into the combustion chamber following a twisted trajectory, which increases the rotation of the air flow around the axis of the combustion chamber, therefore the swirl type vortex movement.
Par conséquent, le mélange d’air et de carburant est plus facilité, et donc plus homogène. Une telle amélioration du mélange d’air et de carburant permet de réduire la consommation du carburant ainsi que l’émission des polluants par le moteur.Consequently, the mixture of air and fuel is easier, and therefore more homogeneous. Such an improvement in the mixture of air and fuel makes it possible to reduce fuel consumption as well as the emission of pollutants by the engine.
De plus, lorsque le moteur Diesel est équipé d’un système EGR, l’augmentation du mouvement tourbillonnaire permet d’accroître la vitesse du mélange d’air et de carburant dans la chambre de combustion. Par conséquent, la vitesse de combustion du moteur Diesel est remontée à une valeur équivalente de celle d’un moteur Diesel sans le système EGR. Ainsi, grâce à l’invention, le moteur Diesel équipé du système EGR émet moins de polluants, notamment moins d’oxydes d’azote, par rapport à un moteur Diesel sans le système EGR, tout en ayant une performance équivalente.In addition, when the Diesel engine is equipped with an EGR system, the increase in the vortex movement makes it possible to increase the speed of the mixture of air and fuel in the combustion chamber. Consequently, the combustion rate of the diesel engine has risen to a value equivalent to that of a diesel engine without the EGR system. Thus, thanks to the invention, the diesel engine equipped with the EGR system emits fewer pollutants, in particular fewer nitrogen oxides, compared to a diesel engine without the EGR system, while having equivalent performance.
Par ailleurs, l’augmentation du mouvement tourbillonnaire « swirl » générée par le conduit d’admission selon l’invention accentue la turbulence et accroît ainsi l’énergie cinétique de turbulence (« TKE » pour Turbulent Kinetic Energy en anglais) dans la chambre de combustion. Cette énergie cinétique de turbulence augmentée se traduit sous forme de la formation des micro-turbulences permettant une propagation plus rapide du mélange d’air et de carburant, ce qui permet d’accélérer la vitesse de combustion et donc d’améliorer le rendement du moteur.Furthermore, the increase in the swirl movement generated by the intake duct according to the invention accentuates the turbulence and thus increases the turbulence kinetic energy (“TKE” for Turbulent Kinetic Energy in English) in the chamber of combustion. This increased turbulence kinetic energy results in the formation of micro-turbulences allowing a faster propagation of the air and fuel mixture, which allows to accelerate the rate of combustion and therefore to improve the efficiency of the engine. .
Si le nombre de rainures est en-dessous de trois ou si le décalage angulaire entre le bord de départ et le bord terminal de chaque rainure est en dessous de 180°, le mouvement tourbillonnaire de type « swirl » dans la chambre de combustion risque de ne pas atteindre le degré de turbulence souhaité.If the number of grooves is less than three or if the angular offset between the starting edge and the terminal edge of each groove is less than 180°, the “swirl” type vortex movement in the combustion chamber risks not achieve the desired degree of turbulence.
Afin d’augmenter davantage les effets favorables du conduit d’admission selon l’invention, celui-ci peut optionnellement comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes:
- le bord de départ et le bord terminal de chacune des rainures hélicoïdales sont décalés d’un angle inférieur à 360°;
- le conduit d’admission comprend quatre rainures hélicoïdales espacées régulièrement entre elles sur la périphérie du conduit d’admission ; il s’agit d’un nombre optimal de filets pour introduire un mouvement tourbillonnaire élevé et en même temps adapté à la dimension conventionnelle du conduit d’admission ;
- le conduit d’admission présente une section transversale de forme circulaire de rayon R compris entre 10 mm et 30 mm ;
- le conduit d’admission présente une section transversale de forme circulaire de rayon R ; chacune des rainures hélicoïdales présente une largeur L, mesurée selon une direction d2tangentielle à une direction radiale d1, d’une valeur telle que L= R/3 ;
- le conduit d’admission présente une section transversale de forme circulaire de rayon R ; chacune des rainures hélicoïdales présente une profondeur H, mesurée selon une direction radiale d1, d’une valeur telle que H= R/3 ;
- le conduit d’admission présente une section transversale de forme circulaire de rayon R; chacune des rainures hélicoïdales rejoint une paroi latérale du conduit d’admission par une zone arrondie présentant un rayon ritel que ri= R/15.In order to further increase the favorable effects of the intake duct according to the invention, the latter may optionally comprise one or more of the following characteristics:
- the starting edge and the terminal edge of each of the helical grooves are offset by an angle less than 360°;
- The intake duct comprises four helical grooves regularly spaced from each other on the periphery of the intake duct; it is an optimal number of threads to introduce a high vortex movement and at the same time adapted to the conventional dimension of the intake duct;
- the inlet duct has a cross-section of circular shape with a radius R of between 10 mm and 30 mm;
- The inlet duct has a cross-section of circular shape with radius R; each of the helical grooves has a width L, measured in a direction d 2 tangential to a radial direction d 1 , of a value such that L=R/3;
- The inlet duct has a cross-section of circular shape with radius R; each of the helical grooves has a depth H, measured in a radial direction d1, of a value such that H=R/3;
- the inlet duct has a cross-section of circular shape of radius R; each of the helical grooves joins a side wall of the inlet duct via a rounded zone having a radius r i such that r i =R/15.
L’invention a également pour objet une culasse dans laquelle est pratiqué au moins un conduit d’admission selon l’invention. A titre d’exemple, une telle culasse est obtenue par un procédé de moulage en sable.The invention also relates to a cylinder head in which is practiced at least one intake duct according to the invention. For example, such a cylinder head is obtained by a sand casting process.
L’invention a aussi pour objet un moteur Diesel à injection directe comprenant une culasse selon l’invention.The invention also relates to a direct injection diesel engine comprising a cylinder head according to the invention.
Enfin, un autre objet de l’invention concerne un véhicule automobile comprenant un moteur Diesel selon l’invention.Finally, another object of the invention relates to a motor vehicle comprising a diesel engine according to the invention.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, dans lesquels :Other characteristics and advantages of the present invention will appear more clearly on reading the following detailed description of an embodiment of the invention given by way of non-limiting example and illustrated by the appended drawings, in which:
Les éléments structurellement et fonctionnellement identiques, présents dans plusieurs figures distinctes, sont affectés d’une seule et même référence numérique ou alphanumérique.The structurally and functionally identical elements, present in several distinct figures, are assigned a single and same numerical or alphanumeric reference.
Dans la suite de la description, on adoptera une direction verticale représentée par l’axe V, une direction transversale horizontale ou latérale horizontale représentée par l’axe T et une direction longitudinale horizontale représentée par l’axe L. Ces axes sont illustrés sur les figures 1 à 5.In the remainder of the description, a vertical direction represented by the axis V, a transverse horizontal or lateral horizontal direction represented by the axis T and a longitudinal horizontal direction represented by the axis L will be adopted. These axes are illustrated on the figures 1 to 5.
En référence à la figure 1 et à la figure 2, un conduit d’admission 1 selon un exemple de réalisation de l’invention comprend un axe principal A. Ce dernier relie le centre de toutes les sections transversales du conduit d’admission 1. L’axe principal A est encore appelé « fibre neutre » dans le vocabulaire utilisé par l’homme du métier.Referring to Figure 1 and Figure 2, an intake duct 1 according to an embodiment of the invention comprises a main axis A. The latter connects the center of all the cross sections of the intake duct 1. The main axis A is also called "neutral fiber" in the vocabulary used by those skilled in the art.
Ici, le conduit d’admission 1 est pratiqué dans une culasse (non représentée) pour moteur Diesel à injection directe. La culasse comprend une face d’admission recevant un répartiteur d’admission ou un collecteur d’admission.Here, the intake duct 1 is formed in a cylinder head (not shown) for a direct injection diesel engine. The cylinder head comprises an intake face receiving an intake distributor or an intake manifold.
Le conduit d’admission 1 comprend une première extrémité 11 débouchant sur la face d’admission de la culasse et une deuxième extrémité 12, à l’opposé de la première extrémité 11, débouchant dans une chambre de combustion d’un cylindre.The intake duct 1 comprises a first end 11 opening onto the intake face of the cylinder head and a second end 12, opposite the first end 11, opening into a combustion chamber of a cylinder.
Dans l’exemple illustré, le conduit d’admission 1 est courbé entre la première extrémité 11 et la deuxième extrémité 12 de sorte que l’axe principal A dessine un arc de cercle.In the example shown, the intake duct 1 is curved between the first end 11 and the second end 12 so that the main axis A draws an arc of a circle.
Ici, le conduit d’admission 1 comprend en outre un guide de soupape 2 s’étendant verticalement et destiné à recevoir une soupape d’admission.Here, the intake duct 1 further comprises a valve guide 2 extending vertically and intended to receive an intake valve.
Selon l’invention et comme dans l’exemple illustré, le conduit d’admission 1 comprend quatre rainures hélicoïdales 13, 14, 15 et 16 réparties de manière équidistante sur une paroi latérale 10 du conduit d’admission 1.According to the invention and as in the example illustrated, the intake duct 1 comprises four helical grooves 13, 14, 15 and 16 distributed equidistantly on a side wall 10 of the intake duct 1.
Chacune de ces rainures hélicoïdales comprend un bord de départ et un bord terminal. Par exemple, sur la figure 1, on peut voir le bord de départ 150 d’une rainure référencée 15. Sur la figure 2, on peut voir les bords terminaux 131 et 141 des rainures respectives 13 et 14. Les autres bords de départ et bords terminaux ne sont pas visibles sur les figures.Each of these helical grooves includes a starting edge and an ending edge. For example, in FIG. 1, one can see the starting edge 150 of a groove referenced 15. In FIG. 2, one can see the terminal edges 131 and 141 of the respective grooves 13 and 14. The other starting edges and terminal edges are not visible in the figures.
Ici, tous les bords de départ se trouvent dans un même plan P1 et tous les bords terminaux se trouvent dans un même plan P3. En d’autres termes, les rainures hélicoïdales 13, 14, 15 et 16 débutent d’un même plan P1 et se terminent dans un même plan P2.Here, all the starting edges are in the same plane P1 and all the terminal edges are in the same plane P3. In other words, the helical grooves 13, 14, 15 and 16 start from the same plane P1 and end in the same plane P2.
Le plan P1 contient également la première extrémité 11 du conduit d’admission 1. Les bords de départ des rainures 13, 14, 15 et 16 sont donc disposés dans le même plan que la première extrémité 11 du conduit d’admission 1.The plane P1 also contains the first end 11 of the intake duct 1. The starting edges of the grooves 13, 14, 15 and 16 are therefore arranged in the same plane as the first end 11 of the intake duct 1.
En revanche, les bords terminaux des rainures 13, 14, 15 et 16 sont légèrement décalés par rapport à la deuxième extrémité 12 du conduit d’admission. Dans cet exemple, le plan P3 est parallèle à un plan P2 contenant la deuxième extrémité 12. Toutefois, la distance entre les plans P3 et P2 est relativement faible, par exemple compris entre 10 et 35 mm, si bien que les bords terminaux des rainures 13 à 16 sont situés à peu près au même niveau que la deuxième extrémité 12.On the other hand, the terminal edges of the grooves 13, 14, 15 and 16 are slightly offset with respect to the second end 12 of the inlet duct. In this example, the plane P3 is parallel to a plane P2 containing the second end 12. However, the distance between the planes P3 and P2 is relatively small, for example between 10 and 35 mm, so that the terminal edges of the grooves 13 to 16 are located approximately at the same level as the second end 12.
Dans l’exemple illustré, les rainures hélicoïdales 13, 14, 15 et 16 ont les mêmes dimensions.In the example shown, the helical grooves 13, 14, 15 and 16 have the same dimensions.
La figure 3 représente une section transversale 3 du conduit d’admission obtenue d’une coupe selon le plan III-III tel qu’illustré à la figure 1. La section transversale 3 est circulaire et présente un rayon R compris entre 10 mm et 30 mm. La section transversale 3 comprend quatre encoches 30 réparties de manière équidistante sur la périphérie de ladite section. Ces quatre encoches font partie respectivement des quatre rainures hélicoïdales 13, 14, 15 et 16.Figure 3 shows a cross section 3 of the intake duct obtained from a section along the plane III-III as shown in Figure 1. The cross section 3 is circular and has a radius R between 10 mm and 30 mm. The cross section 3 comprises four notches 30 distributed equidistantly over the periphery of said section. These four notches are respectively part of the four helical grooves 13, 14, 15 and 16.
Comme observé sur la figure 3, chacune des rainures hélicoïdales 13, 14, 15 et 16 présente une largeur L, mesurée selon une direction radiale d1. A titre d’exemple, la largeur L est égale à R/3.As observed in FIG. 3, each of the helical grooves 13, 14, 15 and 16 has a width L, measured in a radial direction d 1 . By way of example, the width L is equal to R/3.
Chacune des rainures 13, 14, 15 et 16 présente une profondeur H, mesurée selon une direction d2tangentielle à la direction d1. A titre d’exemple, la profondeur H est égale à R/3.Each of the grooves 13, 14, 15 and 16 has a depth H, measured in a direction d 2 tangential to the direction d 1 . By way of example, the depth H is equal to R/3.
Par ailleurs, chacune des rainures 13, 14, 15 et 16 rejoint à un bord périphérique 19 du conduit d’admission 1 par une zone arrondie 35. Ladite zone arrondie 35 présente un rayon ritel que ri=R/15. Le bord périphérique 19 fait partie de la paroi latérale 10 du conduit d’admission 1.Furthermore, each of the grooves 13, 14, 15 and 16 joins a peripheral edge 19 of the intake duct 1 by a rounded zone 35. Said rounded zone 35 has a radius r i such that r i =R/15. The peripheral edge 19 forms part of the side wall 10 of the intake duct 1.
En outre, selon l’invention et dans cet exemple, pour chacune des rainures 13, 14, 15 et 16, le bord de départ et le bord terminal sont décalés angulairement l’un par rapport à l’autre de 180° suivant l’axe principal A.In addition, according to the invention and in this example, for each of the grooves 13, 14, 15 and 16, the starting edge and the terminal edge are angularly offset from each other by 180° along the main axis a.
Ainsi, en comparant la section transversale du conduit d’admission dans le plan P1, dite section de départ, avec la section transversale dudit conduit dans le plan P3, dite section de fin, nous avons un décalage de 180° autour de l’axe A entre une encoche 30 de la section de départ appartenant à une des quatre rainures et une encoche 30 de la section de fin appartenant à la même rainure.Thus, by comparing the cross section of the intake duct in the plane P1, called the starting section, with the cross section of the said duct in the plane P3, called the end section, we have an offset of 180° around the axis A between a notch 30 of the start section belonging to one of the four grooves and a notch 30 of the end section belonging to the same groove.
Ici, les rainures hélicoïdales vont de la gauche vers la droite en partant de la deuxième extrémité 12 du conduit d’admission. Les rainures ainsi orientées produisent une rotation dans le sens des aiguilles d’une montre du flux d’air circulant dans le conduit d’admission 1.Here, the helical grooves run from left to right starting from the second end 12 of the intake duct. The grooves thus oriented produce a clockwise rotation of the air flow circulating in the intake duct 1.
Afin de démontrer l’efficacité du conduit d’admission 1 selon l’invention par rapport à un conduit d’admission 100 lisse connu de l’état de l’art, la Demanderesse a mesuré le degré de turbulence dans un cylindre 4 généré par deux modèles de réalisation représentés respectivement à la figure 4 et à la figure 5.In order to demonstrate the effectiveness of the intake duct 1 according to the invention compared to a smooth intake duct 100 known from the state of the art, the Applicant measured the degree of turbulence in a cylinder 4 generated by two embodiment models shown respectively in Figure 4 and Figure 5.
La figure 4 illustre deux conduits d’admission 1 identiques à celui illustré sur les figures 1 à 3 et qui débouchent dans une chambre de combustion délimitée par un cylindre 4. Les rainures de ces deux conduits d’admission présentent le même sens de rotation.Figure 4 illustrates two intake ducts 1 identical to that illustrated in Figures 1 to 3 and which open into a combustion chamber delimited by a cylinder 4. The grooves of these two intake ducts have the same direction of rotation.
La figure 5 illustre deux conduits d’admission 100 lisses dépourvus de rainures hélicoïdales et qui débouchent également dans une chambre de combustion délimitée par le cylindre 4. Les conduits d’admission lisses 100 ont les mêmes dimensions et présentent le même diamètre que les conduits d’admission 1 de la figure 4, hormis le fait qu’ils sont dépourvus de rainures hélicoïdales.FIG. 5 illustrates two smooth intake ducts 100 devoid of helical grooves and which also open into a combustion chamber delimited by the cylinder 4. The smooth intake ducts 100 have the same dimensions and have the same diameter as the ducts of admission 1 of Figure 4, except that they are devoid of helical grooves.
Ici, le degré de turbulence de chacun de ces deux modèles est mesuré en fonction de la levée des soupapes logées dans les conduits d’admission. Le degré de turbulence est lié au couple de la masse d’air présent dans la chambre de combustion autour de l’axe du cylindre. La levée des soupapes, encore appelée la position des soupapes, est définie par la distance entre la tête de soupape et le siège.Here, the degree of turbulence of each of these two models is measured according to the lift of the valves housed in the intake ducts. The degree of turbulence is related to the torque of the mass of air present in the combustion chamber around the axis of the cylinder. The valve lift, also called the valve position, is defined by the distance between the valve head and the seat.
Les deux modèles de la figure 4 et 5 sont intégrés dans un moteur de test 5 comme illustré sur la figure 6.The two models in Figure 4 and 5 are integrated into a test engine 5 as shown in Figure 6.
Le moteur de test 5 comprend le cylindre 4. Ce dernier est un faux-cylindre présentant la même forme d’un cylindre standard, mais avec une paroi latérale transparente. Un capteur de force 7 est disposé au fond du faux-cylindre pour mesurer le couple de la masse d’air M introduit dans le faux-cylindre 4 selon l’axe V du faux-cylindre (axe vertical) et selon au moins un axe horizontal perpendiculaire à l’axe du cylindre. Vu les caractéristiques du mouvement tourbillonnaire de type « swirl », seul le couple selon l’axe V du cylindre nous intéresse.Test engine 5 includes cylinder 4. The latter is a dummy cylinder with the same shape of a standard cylinder, but with a transparent side wall. A force sensor 7 is arranged at the bottom of the counter-cylinder to measure the torque of the mass of air M introduced into the counter-cylinder 4 along the axis V of the counter-cylinder (vertical axis) and along at least one axis horizontal perpendicular to the axis of the cylinder. Given the characteristics of the “swirl” type vortex movement, only the torque along the axis V of the cylinder is of interest to us.
Pour faire rentrer de l’air dans la chambre de combustion du faux-cylindre 4, un compresseur 9 communique avec ladite chambre via un orifice réalisé dans le fond du faux-cylindre 4. Le compresseur 9 permet de faire baisser la pression à l’intérieur du faux-cylindre de manière à ce qu’il y ait une différence entre la pression de l’extérieur et la pression dans le faux-cylindre 4, par exemple de l’ordre de 50 mBar. Ceci permet d’entraîner une dépression qui aspire de l’air de l’extérieur dans le faux-cylindre 4.To bring air into the combustion chamber of the dummy cylinder 4, a compressor 9 communicates with said chamber via an orifice made in the bottom of the dummy cylinder 4. The compressor 9 makes it possible to lower the pressure at the inside the dummy cylinder so that there is a difference between the pressure from the outside and the pressure in the dummy cylinder 4, for example of the order of 50 mBar. This creates a negative pressure which draws air from outside into the dummy cylinder 4.
L’air aspiré emprunte le chemin des conduits d’admission 1 ou 100 et il entre dans le faux-cylindre 4 par des orifices d’admission 50. Deux soupapes donc une dans chaque conduit d’admission 1 ou 100 sont montées dans le moteur de façon à pouvoir coulisser à travers les orifices d’admission 50.The air sucked in follows the path of the intake ducts 1 or 100 and enters the dummy cylinder 4 via intake ports 50. Two valves, therefore one in each intake duct 1 or 100, are mounted in the engine. so as to be able to slide through the inlet ports 50.
Afin de mesurer le couple de la masse d’air M à chaque levée de la soupape 1 ou 100, les étapes suivantes sont réalisées :
- on règle tout d’abord les soupapes à la position voulue ;
- puis, au moyen du compresseur 9, on crée la dépression pour aspirer de l’air dans le faux cylindre ;
- on mesure ensuite la valeur du couple intéressé.In order to measure the torque of the air mass M at each valve lift 1 or 100, the following steps are performed:
- the valves are first adjusted to the desired position;
- Then, by means of the compressor 9, the vacuum is created to suck air into the dummy cylinder;
- the value of the couple concerned is then measured.
La valeur du couple mesuré sert ensuite de calculer le degré de turbulence de la masse d’air dans le faux-cylindre.The measured torque value is then used to calculate the degree of turbulence of the air mass in the dummy cylinder.
Le degré de turbulence est calculé selon la formule mathématique suivante :The degree of turbulence is calculated according to the following mathematical formula:
avec ρ est la masse volumique de l’air introduit dans le faux-cylindre (kg/m3) ; G est le couple mesuré selon l’axe V du cylindre (Nm) ; C est la course du moteur (m) ; et Qm est le débit massique de l’air introduit dans le faux-cylindre (kg/s).where ρ is the density of the air introduced into the false cylinder (kg/m3); G is the torque measured along the axis V of the cylinder (Nm); C is the motor stroke (m); and Qm is the mass flow rate of the air introduced into the dummy cylinder (kg/s).
Le débit massique est obtenu dans un débitmètre 8 installé en amont du compresseur 9.The mass flow is obtained in a flow meter 8 installed upstream of the compressor 9.
Les résultats obtenus à partir de ces mesures sont exposés dans le tableau suivant :The results obtained from these measurements are shown in the following table:
Les résultats obtenus sont également illustrés sous forme d’un graphique sur la figure 7. Le degré de turbulence dans le cylindre 4 avec les conduits d’admission 1 est représenté par un trait plein en gris clair tandis que le degré de turbulence dans le cylindre 4 avec les conduits d’admission 100 est représenté par un trait plein en noir foncé.The results obtained are also illustrated in the form of a graph in FIG. 7. The degree of turbulence in the cylinder 4 with the intake ducts 1 is represented by a solid line in light gray while the degree of turbulence in the cylinder 4 with the intake ducts 100 is represented by a solid line in dark black.
Il est remarqué que dans les deux cas, le degré de turbulence augmente dans un premier temps avec la valeur croissante de la position de la soupape. Puis, dans un deuxième temps, plus la levée de la soupape augmente, plus le degré de turbulence diminue. En ce qui concerne les conduits d’admission lisse 100, la diminution du degré de turbulence commence dès que la soupape atteint une levée de 4 mm. En revanche, dans le cas des conduits d’admission 1 selon l’invention, la diminution du degré de turbulence commence plus tard, à savoir lorsque la soupape a une levée de 5 mm. Au-delà d’une certaine ouverture de la soupape, l’espace libre entre la soupape et le siège de soupape devient trop important et ne permet plus au flux d’air de s’enrouler convenablement.It is noticed that in both cases, the degree of turbulence initially increases with the increasing value of the valve position. Then, in a second step, the more the valve lift increases, the more the degree of turbulence decreases. For the smooth 100 intake tracts, the reduction in the degree of turbulence begins as soon as the valve reaches a lift of 4 mm. On the other hand, in the case of the intake ducts 1 according to the invention, the reduction in the degree of turbulence begins later, namely when the valve has a lift of 5 mm. Beyond a certain opening of the valve, the free space between the valve and the valve seat becomes too large and no longer allows the air flow to wrap properly.
Malgré cette diminution, on remarque le conduit d’admission 1 selon l’invention, dans n’importe quelle position de la soupape, fournit un degré de turbulence au moins trois fois supérieure à celui généré par conduit d’admission lisse 100 connu de l’état de la technique.Despite this reduction, we note the intake duct 1 according to the invention, in any position of the valve, provides a degree of turbulence at least three times greater than that generated by smooth intake duct 100 known to the state of the art.
De plus, le conduit d’admission 100 ne génère presque pas de turbulence à partir de la quatrième position de la soupape, c’est-à-dire à partir du moment où la position des soupapes atteint 5 mm.In addition, the intake duct 100 generates almost no turbulence from the fourth valve position, i.e. from the moment the valve position reaches 5 mm.
Il y a donc toujours plus de turbulence de type « swirl » dans la culasse comprenant les conduits d’admission 1 selon l’invention que dans la culasse comprenant les conduits d’admission 100 lisses. Le conduit d’admission selon l’invention contribue donc à augmenter le mouvement tourbillonnaire de type « swirl » dans le cylindre, améliorant ainsi la combustion du moteur.There is therefore always more “swirl” type turbulence in the cylinder head comprising the intake ducts 1 according to the invention than in the cylinder head comprising the smooth intake ducts 100 . The intake duct according to the invention therefore contributes to increasing the “swirl” type vortex movement in the cylinder, thus improving the combustion of the engine.
On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différents modes de réalisation de l’invention décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention défini par les revendications annexées.It will be understood that various modifications and/or improvements obvious to those skilled in the art can be made to the various embodiments of the invention described in the present description without departing from the scope of the invention defined by the appended claims.
Claims (9)
ledit conduit d’admission (1) étant caractérisée en ce que :
- le conduit d’admission (1) comprend au moins trois rainures hélicoïdales (13, 14, 15, 16) espacées régulièrement entre elles sur la périphérie du conduit d’admission ; et
- chacune des rainures hélicoïdales (13, 14, 15, 16) comprend un bord de départ (150) au niveau de la première extrémité (11) du conduit d’admission et un bord terminal (131, 141) au niveau de la deuxième extrémité (12) du conduit d’admission (1) ; et
- le bord de départ (150) et le bord terminal (131, 141) de chacune des rainures hélicoïdales (13, 14, 15, 16) sont décalés d’au moins 180° l’un par rapport à l’autre suivant l’axe principal A.Intake duct (1) for a direct injection diesel engine, of main axis A, said duct (1) comprising a first end (11) intended to open onto an intake face of the engine and a second end (12) intended to open into a combustion chamber,
said intake duct (1) being characterized in that:
- the intake duct (1) comprises at least three helical grooves (13, 14, 15, 16) regularly spaced from one another on the periphery of the intake duct; and
- each of the helical grooves (13, 14, 15, 16) comprises a starting edge (150) at the level of the first end (11) of the intake duct and a terminal edge (131, 141) at the level of the second end (12) of the inlet duct (1); and
- the starting edge (150) and the terminal edge (131, 141) of each of the helical grooves (13, 14, 15, 16) are offset by at least 180° relative to each other along the main axis A.
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1288640A (en) * | 1918-12-24 | John A Mauck | Carbureting device. | |
| US5632145A (en) * | 1996-03-13 | 1997-05-27 | Hunt; Robert N. | Internal combustion engine with rifled intake and exhaust manifolds |
| US20140140870A1 (en) * | 2009-04-21 | 2014-05-22 | Ford Global Technologies, Llc | Inlet swirl control for turbochargers |
-
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1288640A (en) * | 1918-12-24 | John A Mauck | Carbureting device. | |
| US5632145A (en) * | 1996-03-13 | 1997-05-27 | Hunt; Robert N. | Internal combustion engine with rifled intake and exhaust manifolds |
| US20140140870A1 (en) * | 2009-04-21 | 2014-05-22 | Ford Global Technologies, Llc | Inlet swirl control for turbochargers |
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