FR2741669A1 - Dispositif d'admission pour moteur a combustion interne - Google Patents

Abstract

Dispositif d'admission pour moteur à combustion interne, du type comprenant pour chaque chambre de combustion au moins un premier (32a; 33a) et un second (32b; 33b) conduits d'admission ménagés à l'intérieur d'une culasse (12; 13), une première et une seconde tubulures d'un collecteur d'admission prolongeant lesdits conduits d'admission à l'extérieur de la culasse (12; 13) et des moyens obturateurs pilotés (5) interposés entre lesdits conduits d'admission et lesdites tubulures pour sélectivement ouvrir ou fermer ledit second conduit (32b; 33b) en réponse aux conditions de fonctionnement du moteur, caractérisé en ce que lesdits moyens obturateurs comportent un élément de fermeture (6) glissant le long d'un siège (51), ledit élément de fermeture (6) étant articulé à pivot et présentant au moins une face d'obturation plane (62, 63).

Description

DISPOSITIF D'ADMISSION POUR MOTEUR A
COMBUSTION INTERNE
La présente invention concerne un dispositif d'admission pour moteur à combustion interne destiné notamment à équiper un véhicule automobile. Le dispositif visé par l'invention commande plus particulièrement un dispositif d'admission d'un moteur à combustion interne du type comportant deux circuits d'admission par cylindre et des moyens d'obturation aptes à ouvrir ou fermer sélectivement l'un des deux circuits suivant les conditions de fonctionnement du moteur.

I1 est bien connu, notamment par le document FR-A-92-06.863, d'améliorer le rendement d'un moteur en favorisant un niveau élevé de turbulence dans les chambres de combustion dans des conditions de fonctionnement prédéterminées du moteur tels les fonctionnements à faibles charges et ce, sans toutefois dégrader de manière trop importante le remplissage des chambres de combustion lors des fonctionnements à fortes charges.

Dans ce but, il a été proposé de nombreux agencements selon lesquels chaque cylindre est alimenté en air ou en mélange carburé (suivant que l'injection du carburant s'effectue directement ou non dans la chambre de combustion) par deux conduits d'admission distincts, chacun de ces conduits débouchant respectivement dans la chambre de combustion par un orifice que vient classiquement obturer une soupape de distribution à tige.

Le premier conduit est alors conformé pour provoquer un mouvement tourbillonnaire des gaz d'admission, tandis que le second conduit sensiblement droit coopère avec un volet d'obturation de type papillon qui permet de commander le débit des gaz dans ce conduit et notamment de l'interrompre plus ou moins totalement suivant les conditions de fonctionnement du moteur afin qu'alors le flux des gaz débouchant par ce conduit dans la chambre de combustion ne vienne pas perturber le mouvement tourbillonnaire des gaz venant du premier conduit.

L'utilisation d'un volet rotatif de type papillon formé par un disque solidaire d'un axe d'entraînement commandé en rotation pour venir obturer le second conduit présente toutefois l'inconvénient d'engendrer d'importantes pertes de charge dans ce second conduit aussi bien d'ailleurs que dans le premier conduit lorsque l'axe d'entraînement des volets s'étend parallèlement à la ligne des cylindres en traversant ce dernier, ces pertes de charge ayant pour effet de limiter le remplissage du moteur et d'affecter les performances du moteur.

Afin de remédier à cet inconvénient, l'invention propose un dispositif de commande de l'alimentation d'un moteur à combustion du type comportant au moins deux conduits d'admission par cylindre, adapté pour venir sélectivement ouvrir ou fermer l'un des conduits sans engendrer de pertes de charge et qui soit de construction simple et par conséquent robuste et peu coûteux.

Le dispositif d'admission pour moteur à combustion interne selon l'invention est du type comprenant pour chaque chambre de combustion au moins un premier et un second conduits d'admission ménagés à l'intérieur d'une culasse, une première et une seconde tubulures d'un collecteur d'admission qui prolongent ces conduits d'admission à l'extérieur de la culasse et des moyens obturateurs pilotés interposés entre les conduits d'admission et les tubulures pour sélectivement ouvrir ou fermer le second conduit d'admission en réponse aux conditions de fonctionnement du moteur.

Selon l'invention, le dispositif d'admission est caractérisé en ce que les moyens obturateurs comportent un élément de fermeture glissant le long d'un siège, cet élément de fermeture étant articulé à pivot et présentant au moins une face d'obturation plane.

Selon une autre caractéristique du dispositif d'admission pour moteur à combustion interne objet de l'invention, le premier conduit d'admission est conformé pour provoquer un mouvement tourbillonnaire des gaz d'admission et le second conduit d'admission est conformé pour favoriser le remplissage de la chambre de combustion.

Selon une autre caractéristique du dispositif d'admission pour moteur à combustion interne objet de l'invention, le siège de l'élément de fermeture est constitué par les parois intérieures d'un logement correspondant ménagé dans un boîtier, ce boîtier comportant par ailleurs un premier et un second passage destinés respectivement à être raccordés par une extrémité avec les premier et second conduits d'admission et par leur autre extrémité avec les première et seconde tubulures.

Selon une autre caractéristique du dispositif d'admission pour moteur à combustion interne objet de l'invention, le logement de l'élément de fermeture est agencé à une extrémité du second passage et ce logement s'étend sensiblement perpendiculairement au second passage.

Selon une autre caractéristique du dispositif d'admission pour moteur à combustion interne objet de l'invention, l'élément de fermeture présente un axe de pivotement central et comporte deux faces d'obturation planes distinctes de façon à opérer simultanément l'ouverture et la fermeture de deux seconds conduits d'admission alimentant chacun une chambre de combustion distincte.

Selon une autre caractéristique du dispositif d'admission pour moteur à combustion interne objet de l'invention, l'élément de fermeture est formé par une lame oblongue présentant à ses deux extrémités axiales des faces d'obturation élargies correspondant aux sections des seconds passages à obturer.

Selon une autre caractéristique du dispositif d'admission pour moteur à combustion interne objet de l'invention, les deux chambres de combustion contrôlées par l'élément de fermeture appartiennent à deux rangées distinctes de chambres de combustion et ces chambres de combustion sont disposées sensiblement face à face par rapport au plan médian axial du moteur.

Selon une autre caractéristique du dispositif d'admission pour moteur à combustion interne objet de l'invention, les deux seconds conduits d'admission et les deux seconds passages contrôlés par l'élément de fermeture s'étendent sensiblement dans un même plan.

Selon un mode particulier de réalisation du dispositif d'admission pour moteur à combustion interne objet de l'invention, l'élément de fermeture est entraîné en rotation par des moyens de manoeuvre et d'immobilisation pilotés comprenant une biellette solidaire du pivot et un actionneur pneumatique piloté par la charge du moteur.

On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description présentée ci-après d'un mode de réalisation du dispositif d'admission pour moteur à combustion interne selon l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels
la figure 1 est une vue schématique partielle, en coupe suivant un plan s'étendant transversalement par rapport à l'axe longitudinal du moteur, montrant un dispositif d'admission selon l'invention dans une première position de fonctionnement ;
la figure 2 est une vue schématique partielle, en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1, montrant le dispositif d'admission dans une seconde position de fonctionnement.

Seuls les éléments nécessaires et suffisants à la compréhension de l'invention ont été représentés sur les dessins. Par ailleurs, pour faciliter la lecture de ces dessins, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes pièces d'une figure à l'autre.

Conformément aux figures 1 et 2, le dispositif d'admission représenté est plus particulièrement destiné à alimenter un moteur à combustion interne du type en V (à allumage commandé ou à allumage par compression) présentant une pluralité de cylindres groupés en une première et une seconde rangées formant entre elles un dièdre.

Seule la partie du dispositif d'admission desservant un premier et un second cylindres 2,3 se faisant face, appartenant respectivement à la première et à la seconde rangées, a été figurée, le dispositif se répétant sensiblement à l'identique en regard des autres cylindres du moteur.

Le moteur à combustion interne qui dans l'exemple illustré est un V6, comprend classiquement un carter-cylindres 1, en forme de V en coupe transversale, comportant deux rangées de trois alésages cylindriques en ligne formant un dièdre de 600. Ce carter-cylindres 1 est surmonté par une première et une seconde culasse 12, 13 s'étendant respectivement au-dessus de la première et de la seconde rangée de cylindres.

Les deux culasses 12, 13 disposées axialement parallèlement l'une à l'autre, comportent des chambres de combustion 22, 23 destinées à recouvrir les alésages cylindriques 2, 3 correspondants, ainsi que des conduits d'admission et d'échappement servant respectivement à amener les gaz d'admission (mélange carburé ou air frais suivant que le moteur est à injection indirecte ou à injection directe) et à évacuer les gaz brûlés.

Chacune des chambres de combustion 22, 23 des deux culasses 12, 13 est alimentée de façon connue en soi par deux conduits distincts d'admission s'étendant sensiblement parallèlement l'un à l'autre, un premier conduit d'admission 32a, 33a qui est conformé pour provoquer un mouvement tourbillonnaire du mélange carburé ou de l'air frais (par exemple de type Swirl : l'axe de rotation des gaz étant alors parallèle à l'axe du cylindre) lors de son entrée dans la chambre de combustion et un second conduit d'admission 32b, 33b qui lui est le plus droit possible pour présenter le moins de pertes de charge possible et favoriser le remplissage.

Chacun des conduits d'admission 32a, 32b, 33a, 33b ménagés à travers les culasses 12, 13 débouche dans la chambre de combustion correspondante 22,23 par un orifice formant le siège d'une soupape à tige non figurée dont l'ouverture est commandée par une came appropriée portée par un arbre à cames également non figuré.

Ces premiers et seconds conduits d'admission 32a, 32b et 33a, 33b débouchent à leurs extrémités opposées aux soupapes sur les faces latérales se faisant face de leurs culasses respectives 12, 13, dites faces d'admission, pour être prolongés par des premières et secondes conduites tubulaires correspondantes 42a, 42b et 43a, 43b d'un collecteur d'admission 4 s'étendant dans l'espace laissé libre entre les deux culasses 12, 13.

Un dispositif obturateur piloté 5 est interposé entre les conduits d'admission 32a, 32b, 33a, 33b et les tubulures correspondantes 42a, 42b, 43a, 43b du collecteur d'admission 4. Ce dispositif a pour objet d'ouvrir ou de fermer, suivant les conditions de fonctionnement du moteur, l'alimentation en air frais ou en mélange carburé des chambres de combustion 22, 23 à travers les seconds conduits d'admission droits 32b, 33b.

Le dispositif obturateur 5 comprend selon l'invention un boîtier 50 oblong qui s'étend parallèlement aux culasses 12, 13. Le boîtier 50 vient se fixer de façon étanche sur les deux faces d'admission en vis-à-vis des culasses 12 et 13 par une bride non figurée et des vis de fixation correspondantes. Ce boîtier 50 présente des premiers et seconds passages intérieurs respectivement 52a, 52b et 53a, 53b destinés à être raccordés par leurs extrémités aval avec respectivement les premiers et second conduits d'admission respectivement 32a, 32b et 33a, 33b débouchant sur les faces d'admission des deux culasses 12, 13, et par leurs extrémités amont avec respectivement les premières et secondes tubulures 42a, 42b et 43a, 43b du collecteur d'admission 4.

Les tubulures 42a, 42b, 43a, 43b du collecteur d'admission 4 qui s'étendent dans le prolongement des passages intérieurs 52a, 52b 53a, 53b du boîtier 50, viennent se fixer de façon étanche sur ce dernier par un système de raccordement du type à bride et contre-bride.

A l'interface entre la bride de fixation solidaire des tubulures du collecteur d'admission 4 et la contre-bride du boîtier 50, est ménagé un logement 51 où débouchent les seconds passages 52b et 53b desservant les conduits d'admission droits 32b et 33b des chambres de combustion 22 et 23. Les parois intérieures de ce logement 51 forment le siège d'un élément de fermeture 6 articulé à pivot, cet élément de fermeture 6 étant apte à venir sélectivement fermer ou ouvrir l'entrée des seconds passages 52b et 53b en glissant le long de son siège selon une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe des seconds passages.

Pour faciliter la réalisation du boîtier 50 et rendre ce dernier plus compact notamment en limitant l'encombrement du logement 51, les cylindres 2 et 3 se faisant face et donc les chambres de combustion 22 et 23 sont légèrement décalées l'une par rapport à l'autre selon l'axe longitudinal du moteur de sorte que les seconds conduits d'admission droits respectifs 32b et 33b et les seconds passages 52b et 53b correspondants du boîtier 50 sont disposés sensiblement dans un même plan transversal par rapport à l'axe longitudinal du moteur, tandis que les premiers conduits d'admission turbulents 32a et 33a et les premiers passages correspondants 52a et 53a s'étendent parallèlement, de part et d'autre de ce plan. Une telle disposition n'est toutefois pas limitative du dispositif d'admission selon l'invention.

L'élément de fermeture 6 coopère seulement avec les seconds passages 52b et 53b, les premiers passages 52a et 53a demeurent donc toujours libres, de sorte que l'air ou le mélange carburé issu des premières tubulures 42a et 43a peut toujours librement alimenter les premiers conduits d'admission turbulents 32a et 33a, après avoir transité à travers les premiers passages 52a et 53a.

L'élément de fermeture est constitué par une lame 6 plate et rigide, d'épaisseur correspondante à celle de son logement 51 et présentant à ses deux extrémités axiales des faces d'obturation 62 et 63 sensiblement élargies correspondant respectivement à la section des seconds passages 52b, 53b à obturer.

La lame 6 est mue en rotation autour de son centre par l'intermédiaire d'un axe de pivotement 60 sur lequel agit un système d'entraînement piloté 7. Cet axe 60, qui s'étend en saillie au centre de la lame 6 selon une direction sensiblement perpendiculaire aux faces d'obturation 62 et 63 de cette dernière, est logé libre en rotation dans un palier correspondant du boîtier 50 s'étendant entre les deux seconds passages 52b et 53b.

La forme du logement 51 sensiblement annulaire est adaptée aux dimensions de la lame 6 et à ses déplacements, de sorte que la lame 6 est constamment au contact des parois intérieures du logement 51, cette disposition interdit ainsi tout transfert de gaz d'admission de part et d'autre de la lame 6.

Sous l'action des moyens d'entraînement 7, la lame 6 pivote autour du palier en glissant sur son siège constitué par les parois intérieures du logement 51, perpendiculairement aux orifices d'entrée des passages 52b et 53b entre deux positions extrêmes distinctes.

La première position est représentée à la figure 1. Dans cette position, la lame vient masquer par l'intermédiaire de ses faces d'obturation 62 et 63 adaptées, les orifices d'entrée des passages 52b et 53b, interdisant de ce fait à l'air ou au mélange carburé provenant des secondes tubulures 42b et 43b du collecteur d'admission 4 de s'écouler à travers les seconds passages correspondants 52b et 53b et donc à travers les seconds conduits droits 32b et 33b.

Dans cette première position de la lame 6 chacune des chambres de combustion 22, 23 du moteur est alors alimentée en gaz d'admission à travers son seul premier conduit turbulent 32a, 33a, de sorte que l'air frais ou le mélange carburé admis est alors soumis à un mouvement d'ensemble ordonné générateur d'une forte turbulence.

La seconde position est représentée conformément à la figure 2. Dans cette position, la lame 6 est pivotée d'une valeur angulaire prédéterminée de façon à libérer les orifices d'entrée des passages 52b et 53b et permettre la libre circulation de l'air ou du mélange carburé à travers ces passages.

La lame 6 qui s'étend alors en travers du logement 51, sépare de façon étanche les deux zones où débouchent respectivement les orifices d'entrée des passages 52b et 53b, de sorte qu'aucun transfert de gaz d'admission ne peut s'effectuer d'un passage à l'autre. Dans cette seconde position de la lame 6, chacune des chambres de combustion 22, 23 du moteur est alors alimentée par ses deux conduits d'admission associés respectivement 32a, 32b et 33a, 33b.

La lame 6 est commandée en rotation par des moyens de manoeuvre et d'immobilisation appropriés 7 coopérant avec l'extrémité de l'axe de pivotement 60 opposé à la lame 6 en saillie à l'extérieur du boîtier 50.

Ces moyens de manoeuvre 7 sont par exemple constitués par un système mécanique comprenant une biellette 70 solidaire de l'axe 60 relié par une tige de transmission 71 au poumon d'une capsule manométrique 72 pilotée par la charge moteur, ce poumon étant par exemple attiré à l'encontre d'un ressort de rappel par la dépression régnant dans le collecteur d'admission 4 dans le cas d'un moteur à allumage commandé.

Un tel système peut entraîner individuellement chaque lame 6 ou encore entrainer simultanément l'ensemble des trois lames obturatrices 6 associées aux trois paires de cylindres se faisant face.

Ces moyens de manoeuvre ne sont pas limitatifs et peuvent être remplacés par tous moyens equivalents (systèmes vis-écrou, systèmes à pignon et crémaillère, etc.). De même, l'actionneur peut être réalisé de façon équivalente sous forme hydraulique ou encore électrique et être piloté par un système de contrôle électronique suivant les conditions de fonctionnement du moteur (ce système électronique de contrôle pouvant être par exemple le système électronique de contrôle moteur qui commande par ailleurs la quantité de carburant devant être injectée et/ou l'instant d'allumage des bougies).

Le fonctionnement du dispositif de commande de l'alimentation d'un moteur à combustion interne est, conformément à la description qui précède, le suivant.

Lors des phases de fonctionnement à faibles charges, les moyens de manoeuvre 7 pilotés par la forte dépression régnant dans le collecteur d'admission maintiennent la lame 76 dans sa première position, interdisant le passage des gaz d'admission à travers les seconds conduits 32b, 33b. Les chambres de combustion sont alors alimentées par leurs seuls premiers conduits 32a, 33a de façon à générer une turbulence de l'air ou du mélange carburé parfaitement adaptée à de telles plages de fonctionnement du moteur.

Lors des phases de fonctionnement à pleine charge, par exemple au-dessus d'une valeur de seuil prédéterminée de dépression, les moyens de manoeuvre 7 opèrent alors le pivotement de la lame 6 dans sa seconde position de façon à libérer le passage des gaz d'admission à travers les seconds conduits 32b, 33b. Les chambres de combustion 2, 3 sont alors alimentées simultanément par leurs deux conduits d'admission respectivement 32a, 32b et 33a, 33b de façon parfaitement adaptée à de telles conditions de fonctionnements.

Lorsque la charge diminue et repasse sous la valeur de seuil de dépression retenue, les moyens de manoeuvre rappellent la lame 6 dans sa première position de façon à obturer à nouveau les seconds conduits 32b et 33b.

Le dimensionnement ainsi que le choix des différents matériaux utilisés pour réaliser les différents éléments du dispositif d'admission selon l'invention et notamment le système de manoeuvre en rotation de la lame 6, est opéré pour chaque type de moteur par des essais préalables.

En variante de réalisation non figurée, il est possible de prévoir des ajutages à travers la lame 6 pour autoriser un débit d'air prédéterminé à travers les passages 52b et 53b et donc à travers les seconds conduits 32b et 33b lorsque la lame 6 est déplacée dans sa première position.

Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples.

Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit.

Ainsi la course de la lame 6 peut être limitée de façon à ne venir obturer dans sa seconde position que partiellement les orifices d'entrée des passages 52b et 53b. De même, la rotation de la lame 6 entre les deux positions limites précitées peut s'opérer progressivement suivant les conditions de fonctionnement du moteur à partir d'une cartographie associant ouvertures des passages 52b et 53b et conditions de fonctionnement moteur, cartographie préalablement stockée dans la mémoire du calculateur de contrôle moteur.

Ainsi, le dispositif d'admission peut également concerner une admission dite à acoustique variable permettant d'optimiser le remplissage du moteur quel que soit le régime de rotation du moteur, utilisant classiquement deux conduits distincts d'admission par chambre de combustion un conduit de grande longueur et de faible section adapté pour les fonctionnements à bas régimes et un conduit court et de forte section adapté pour les fonctionnements à hauts régimes. Chaque lame 6 obture alors, de façon parfaitement similaire, sélectivement en fonction du régime moteur les conduits courts des cylindres en vis-à-vis, de sorte qu'à bas régime chaque chambre de combustion soit alimentée uniquement par le conduit long et à haut régime par les deux conduits à la fois.

Claims (9)

REVENDICATIONS
1. [1] Dispositif d'admission pour moteur à combustion interne, du type comprenant pour chaque chambre de combustion (22;23) au moins un premier (32a;33a) et un second (32b;33b) conduits d'admission ménagés à l'intérieur d'une culasse (12;13), une première (42a;43a) et une seconde (42b;43b) tubulures d'un collecteur d'admission (4) prolongeant lesdits conduits d'admission (32a,32b;33a,33b) à l'extérieur de la culasse (12;13) et des moyens obturateurs pilotés (5) interposés entre lesdits conduits d'admission (32a,32b;33a,33b) et lesdites tubulures (42a,42b;43a,43b) pour sélectivement ouvrir ou fermer ledit second conduit d'admission (32b;;33b) en réponse aux conditions de fonctionnement du moteur, caractérisé en ce que lesdits moyens obturateurs comportent un élément de fermeture (6) glissant le long d'un siège (51), ledit élément de fermeture (6) étant articulé à pivot et présentant au moins une face d'obturation plane (62,63).
2. (2] Dispositif d'admission pour moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier conduit d'admission (32a;33a) est conformé pour provoquer un mouvement tourbillonnaire des gaz d'admission et en ce que ledit second conduit d'admission (32b;33b) est conformé pour favoriser le remplissage de la chambre de combustion (22;23).
3. [3] Dispositif d'admission pour moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que ledit siège dudit élément de fermeture (6) est constitué par les parois intérieures d'un logement (51) correspondant ménagé dans un boîtier (50), ledit boîtier (50) comportant par ailleurs un premier (52a,53a) et un second passage (52a,53a) destinés respectivement à être raccordés par une extrémité avec lesdits premier et second conduits d'admission (32a,32b;33a,33b) et par leur autre extrémité avec lesdites première et seconde tubulures (42a,42b;43a,43b).
4. [4] Dispositif d'admission pour moteur à combustion interne selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit logement (51) est agencé à une extrémité dudit second passage (52b,53b) et en ce que ledit logement (51) s'étend sensiblement perpendiculairement audit second passage (52b,53b).
5. [5] Dispositif d'admission pour moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ledit élément de fermeture (6) présente un axe de pivotement (60) central et comporte deux faces d'obturation planes distinctes (62,63) de façon à opérer simultanément l'ouverture et la fermeture de deux seconds conduits d'admission (32b;33b) alimentant chacun une chambre de combustion distincte (22;23).
6. [6] Dispositif d'admission pour moteur à combustion interne selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit élément de fermeture est formé par une lame oblongue (6) présentant à ses deux extrémités axiales des faces d'obturation élargies (62,63) correspondant aux sections desdits seconds passages (52b;53b) à obturer.
7. [7] Dispositif d'admission pour moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 5 à 6, caractérisé en ce que lesdites chambres de combustion (22;23) appartiennent à deux rangées distinctes de chambres de combustion et en ce que lesdites chambres de combustion (22;23) sont disposées sensiblement face à face par rapport au plan médian axial du moteur.
8. [8] Dispositif d'admission pour moteur à combustion interne selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits deux seconds conduits d'admission (32b;33b) et lesdits deux seconds passages (52b;53b) s'étendent sensiblement dans un même plan s'étendant transversalement par rapport à l'axe longitudinal du moteur.
9. [9] Dispositif de commande de l'alimentation d'un moteur à combustion interne selon la revendication 1 à 8, caractérisé en ce que ledit élément de fermeture (6) est entraîné en rotation par des moyens de manoeuvre et d'immobilisation pilotés comprenant une biellette (70) solidaire dudit pivot (60) et un actionneur pneumatique (72) piloté par la charge du moteur.