FR2471476A1 - Dispositif generateur de turbulence dans un moteur a combustion interne et procede de fonctionnement de ce moteur - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF GENERATEUR DE TURBULENCE DANS UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE AYANT UN CYLINDRE ET UN PISTON QUI Y EST COULISSANT POUR DEFINIR UNE CHAMBRE DE COMBUSTION DE VOLUME VARIABLE, AVEC UN PASSAGE D'INDUCTION ET UNE SOUPAPE DE CONTROLE DE LA COMMUNICATION DU FLUIDE ENTRE LE PASSAGE D'INDUCTION ET LA CHAMBRE DE COMBUSTION. SELON L'INVENTION, UN DISPOSITIF 26 EST DISPOSE DANS LE PASSAGE D'INDUCTION 20 POUR DEFINIR UNE OUVERTURE DE COUPE TRANSVERSALE VARIABLE AYANT UNE FORME ACCELERANT LA CHARGE RECUE ET LUI DONNANT LA FORME D'UN COURANT EN JET, DONT LA COMPOSANTE D'ECOULEMENT DANS UN PLAN PERPENDICULAIRE A L'AXE 28 DU CYLINDRE 12 EST RENDUE MAXIMUM POUR RENFORCER LA TURBULENCE AUTOUR DE L'AXE DU CYLINDRE. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A L'INDUSTRIE AUTOMOBILE.
Description
i La présente invention se rapporte généralement à un moteur à combustion
interne et plus particulièrement à un agencement générateur de turbulence pour un moteur à combustion interne, permettant la production réglable d'une turbulence autour de la chambre de combustion, persistant
même jusqu'à la fin de la course de compression.
Dans un agencement connu, une ailette est disposée
dans le passage d'induction et agencée pour être essentielle-
ment parallèle à l'axe du cylindre. Cette alette est mobile pour faire varier l'aire en coupe transversale du passage d'induction et augmenter en conséquence la vitesse de la
charge arrivant dans des conditions données de fonctionne-
ment et diriger la charge vers la chambre de combustion afin qui tourbillonne autour de l'axe du cylindre. Cependant,
cet agencement présente un inconvénient parce que l'ouver-
ture variable à travers laquelle s'écoule la charge est sensiblement rectangulaire et orientée avec son axe
longitudinal essentiellementpErallèle à l'axe du cylindre.
Cela introduit en conséquence la charge dans la chambre de combustion avec une composante d'écoulement relativement
faible dans le plan perpendiculaire à l'axe du cylindre.
Cela conduit à la formation d'une turbulence dans la chambre de combustion qui disparaît presque lorsque le piston s'approche du point mort haut pendant la course de compression, moment auquel la turbulence est la plus
importante pour favoriser une combustion efficace.
La présente invention concerne une ailette génératrice de turbulence essentiellement rectangulaire qui est disposée dans une partie de coupe transversale rectangulaire du passage d'induction de façon à accélérer la charge
et à la forcer à prendre un courant en jet dans la compo-
sante d'écoulement est rendue maximum dont le plan
perpendiculaire à l'axe du cylindre. Le passage d'induc-
tion est orienté par rapport au cylindre afin d'introduire
le courant en jet dans la chambre de combustion tangentiel-
lement par rapport à la paroi du cylindre et en conséquence, produire une forte turbulence persistant même quand le piston s'approche du point mort haut pendant la course de compression. L'ailette est courbée à son extrémité arrière pour favoriser l'écoulement laminaire au-delà d'elle et elle est opérativement reliée à un dispositif de commande qui a de préférence-la forme du papillon valve du moteur, ainsi l'ailette peut être déplacée selon l'induction du moteur et maintenir la vitesse maximum du courant en jet
sans aucune réduction d'efficacité de charge.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts,
caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparal-
tront plus clairement au cours de la description explicative
qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe montrant un premier mode de réalisation de la présente invention; - la figure 2 est une vue en regardant dans la direction de la flèche A sur la figure 1; les figures 3, 4 et 5 sont des vuesschématiques et en plan montrant desagencements possibles d'orifice d'induction que l'on peut utiliser avec l'agencement générateur de turbulence selon l'invention; - la figure 6 est une vue en coupe montrant un second mode de réalisation de la présente invention; et - la figure 7 est une vue schématique et en plan
d'un troisième mode de réalisation o l'agencementgénéra-
teur de turbulence selon l'invention est combiné à un
injecteur de carburant.
En se référant maintenant aux dessins et plus parti-
culièrement aux figures 1 et 2, on peut y voir un premier mode de réalisation de l'invention. Sur la figure 1, le repère 10 désigne un moteur à combustion interne ayant un cylindre 12 qui y est formé et une culasse 14 disposée afin de fermer une extrémité du cylindre. Un piston 16 est disposé de façon réciproque dans le cylindre pour définir une chambre de combustion 18 de volume variable. Un passage d'induction 20 conduit de la chambre de combustion à l'atmosphère ambiante. Une soupape d'admission 22 est
disposée d'une façon bien connue pour contrôler la communi-
cation entre la chambre de combustion 18 et le passage d'induction 20. Une bougie d'allumage 24 ou analogue est disposée à travers la culasse 14 afin d'allumer le mélange combustible comprimé dans la chambre de combustion pendant la course de compression. Une ailette génératrice de turbulence 26 montée pivotante sur un arbre 30 est disposée dans le passage d'induction 20 afin de dévier la charge reçue et de la diriger vers la chambre de combustion 18 avec une forte composante de turbulence dans le plan perpendiculaire à l'axe 28 du cylindre. Comme on peut mieux le voir sur la figure 2, l'ailette est essentiellement rectangulaire et elle est disposée dans une partie du passage d'induction ayant une coupe transversale rectangulaire, dont la largeur est à peu près la même que l'ailette afin de réduire la quantité de charge pouvant s'écouler au-delà des bords latéraux de cette ailette. Dans ce mode de réalisation, l'arbre 30 est disposé dans une ramification 32 d'un collecteur d'induction 34, ainsi l'ailette
s'étend de l'arbre pour se terminer dans un passage d'induc-
tion 36 formé dans la culasse 14, Comme on peut le voir sur la figure 1, l'ailette 26 est agenceepour s'approcher de la chambre de combustion d'aussi près que possible afin qu'à la déviation maximum, son extrémité arrière 37 soit juxtaposée de très près avec le manchon de guidage 38 de la soupape d'admission. Le bord arrière 37 est tel que représenté sur la figure 1, légèrement courbé pour induire sensiblement un écoulement laminaire au-delà de lui et dans la position de déviation minimum, il définit une fenêtre rectangulaire et allongée de coupe transversale variable comme on peut le voir sur la figure 2, dont la
dimension plus longue s'étend dans la direction a.
Une tringlerie 40 pour contrôler le déplacement angulaire de l'ailette est prévue, et elle a la forme d'un levier 42 et un arbre ou cable approprié 43 relie l'arbre rotatif 30 et l'ailette 26 à un dispositif approprié de contrôle ou réglage qui, dans ce cas, a de préférence la forme du papillon valve 44 d'un carburateur 46. Cependant, le dispositif n'est pas limité au papillon valve et/ou la pédale d'accélérateur et il peut prendre la forme de tout
agencement approprié de commande.
En utilisation, quand le moteur est au ralenti ou qu'il fonctionne à une charge légère et que le papillon valve 44 est presque fermé, l'interconnexion entre lui et l'ailette 26 force l'ailette à prendre une position semblable à celle illustrée sur la figure 1. En conséquence, tandis que la charge air et/ou ait-carburant passe par le passage d'induction 20, elle est déviée et accélérée par l'ailette. L'écoulement après passage de l'ailette prend la forme d'un courant en jet ayant une coupe transversale sensiblement rectangulaire. Ce courant en jet traverse alors le jeu entre la tête chanfreinée 48 de la soupape d'admission 22 et le siège de soupape 50 dans la chambre de combustion 18. Comme cela est clair sur la figure 1, l'axe C du passage d'induction est agencé pour être aussi parallèle que possible avec le plan perpendiculaire à l'axe du cylindre afin de transférer la charge vers la chambre de combustion, sensiblement horizontalement aussi longtemps que possible. Par ailleurs, comme on peut le voir sur la figure 3, le passage d'induction est également agencé pour introduire la charge dans la chambre de combustion tangentiellement par rapport à la paroi du cylindre ce qui, en combinaison avec la nature horizontale du passage d'induction par rapport à l'axe du cylindre et l'ailette d'écoulement produisant un courant en jet ayant une coupe transversale rectangulaire comme on l'a précédemment décrit, force la charge à être introduite dans la chambre de combustion pour y tourbillonner avec une forte composante d'écoulement horizontale(par rapport à l'axe "vertical" du cylindre). Grâce à cette forte composante d'écoulement horizontale le tourbillonnement persistera même si le piston monte pour s'approcher de
sa position de point mort haut.
Les figures 4 et 5 montrent d'autres agencements pour
introduire la charge dans la chambre de combustion tangen-
tiellement par rapport à la paroi du cylindre.
Tandis que la demande imposée au moteur augmente et que le papillon valve est ouvert, l'ailette 26 est en conséquence déplacée pour augmenter l'aire en coupe transversale par o peut s'écouler la charge. Cependant, comme l'ouverture accrue du papillon valve permet à un plus grand volume d'air de traverser le passage d'induction, l'effet de l'ailette de tourbillonnement est maintenu et sans aucune restriction involontaire d'écoulement pouvant
avoir pour résultat une perte de l'efficacité de charge.
Par conséquent, dans toutes les conditions de fonctionnement, la vitesse optimale d'écoulement au-delà de l'ailette
est maintenue.
La figure 6 montre un second mode de réalisation de la présente invention. Dans ce mode de réalisation, l'arbre 30 est monté sur la culasse 14. Avec cet agencement, un ajustement précis de l'aire minimum en coupe transversale de la fenêtre rectangulaire est facilité, parce qu'il est différent du premier mode de réalisation o l'ailette est montée sur le collecteur d'admission et agencée pour s'étendre dans le passage d'induction. Cependant, avec ce
second mode de réalisation, la tringlerie entre le disposi-
tif de commande (papillon valve) et le levier 42 doit être déconnectée lors du démontage du moteur en comparaison
avec l'agencement du premier mode de réalisation.
Le bord arrière de l'ailette dans le second mode de réalisation est courbé pour se terminer par une partie plate dont l'extrapolation s'étend entre la tète chanfreinée 48 de la soupape d'admission et le siège de soupape (quand la soupape d'admission est ouverte) pour induire en conséquence un écoulement régulier au-delà et diriger l'écoulement de coupe transversale rectangulaire entre la tête chanfreinée de la soupape d'admission et le siège de
soupape dans la chambre de combustion. Cela, avec l'agence-
ment des passages d'induction par rapport au cylindre (voir figures 3 à 5) ,introduit la charge dans la chambre de combustion tangentiellement par rapport à la paroi du cylindre avec une forte composante d'écoulement horizontale qui établit une forte turbulence persistant même jusqu'à
la fin de la course de compression.
Le fonctionnement du second mode de réalisation est le même que le premier et ne sera donc pas plus amplement décrit. La figure 7 montre un troisième mode de réalisation de l'invention. Dans ce mode de réalisation, le carburant est injecté dans le moteur et celui-ci est équipé d'un injecteur 54 disposé pour injecter du carburant vers la tête de la soupape d'admission 22 et en conséquence dans le courant en jet de coupe transversale rectangulaire. Cet agencement favorise un mélange intime de l'air et du carburant injecté qui subséquemment, reçoit un mouvement
tourbillonnant autour de l'axe du cylindre. Un fonction-
nement stable du moteur, en particulier pendant son démar-
rage, est favorisé par cet agencement. Sur cette figure, le
repère 56 désigne un orifice d'échappement.
Par ailleurs, dans tous les modes de réalisation décrits précédemment, le bord arrière de l'ailette peut être formé avec une courbure ou des courbures favorisant un écoulement laminaire au-delà d'elle, et rendant minimum tout courant parasite pouvant réduire la vitesse et l'efficacité du courant en jet. La ou les courbures doivent bien entendu être désignées en tenant compte du but voulu du moteur et des dimensions du passage d'induction
particulier.
Par ailleurs, avec la présente invention, du fait de la présence d'une forte turbulence dans la chambre de combustion au moment de l'allumage de la charge qui s'y trouve, il y a augmentation de la vitesse de propagation de la flamme, étendant la limite de combustion pauvre du moteur et/ou augmentant la quantité de recirculation des gaz d'échappement, permettant ainsi une réduction des émissions de NOx, CO et HC. La forte turbulence dans tous les cas favorise une combustion stable au démarrage du moteur du fait de la composante d'écoulement horizontale particulièrement forte qui n'est pas possible avec l'art antérieur. Ainsi, en résumé, la présente invention concerne un
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dispositif formant une ouverture de coupe transversale variable en amont de la chambre de combustion, laquelle
ouverture produit un courant en jet ayant une forte compo-
sante d'écoulement dans un plan perpendiculaire à l'axe du cylindre. Cela, en combinaison avec l'introduction du courant dans le cylindretangentiellement par rapport à la paroi de celui-ci, produit une forte turbulence qui persiste jusqu'à la fin de la course de compression. Par ailleurs, l'aire en coupe transversale de l'ouverture varie selon la demande d'induction du moteur pour maintenir la vitesse maximum possible du courant sans aucune perte d'efficacité de charge, La forte turbulence établie en conséquence permet l'extension de la limite de combustion pauvre et/ou la tolérance d'augmentation de recirculation
des gaz d'échappement.
Bien entendu l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans
le cadre de la protection comme revendiquée.
Claims (10)
1. Dispositif générateur de turbulence dans un moteur à combustion interne du type ayant un cylindre comportant un axe et un piston coulissant dans ledit cylindre pour définir une chambre de combustion à volume variable, un passage d'induction conduisant de ladite chambre de combus- tion à l'atmosphère ambiante, ledit passage d'induction étant orienté par rapport audit cylindre afin d'introduire la charge de fluide qui est transmise dans ladite chambre decombustion tangentiellement par rapport à la paroi dudit cylindre pour que la charge entre dans ladite chambre de combustion et tourbillonne autour de l'axe dudit cylindre; une soupape (22) pour contrôler la communication de fluide entre ledit passage d'induction et ladite chambre de combustion, caractérisé en ce que ledit dispositif (26) est disposé dans ledit passage d'induction (20) pour définir une ouverture de coupe transversale variable dont la forme accélère la charge reçue et lui donne la forme d'un courant en jet, dont la composante d'écoulement dans un plan perpendiculaire à l'axe (28) du cylindre (12) est rendue
maximum pour renforcer la turbulence autour dudit axe.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé
en ce qu'il est formé d'une ailette (26) ayant une confi-
guration rectangulaire et montée pivotantedans le passage d'induction (20) précité, ledit passage d'induction ayant une coupe transversale rectangulaire ouest montée ladite ailette afin que ladite ouverture de section transversale
variable soit essentiellement rectangulaire et allongée.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est sensible à une charge d'induction pour augmenter l'aire en coupe transversale de l'ouverture précitée selon la quantité d'air induit dans le moteur précité et empêcher une réduction de l'efficacité de
charge dudit moteur.
4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé
en ce qu'il comprend de plus un papillon valve (44) opéra-
tivement disposé dans le passage d'induction (20) précité en amont de l'ailette (26) précitée, ladite ailette étant
opérativement reliée audit papillon valve.
5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ailette (26) précitée a une partie courbée
à son bord arrière (37), pour induire un écoulement lami-
naire de la charge de fluide au-delà d'elle.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la soupape précitée comprend une tête (48) et un siège..(50) et en ce que la partie courbée précitée se termine par un bord dont l'extrapolation passe entre ladite tête et ledit siège, quand ladite soupape est en position ouverte.
7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un injecteur de carburant (54)
disposé pour injecter du carburant dans le passage d'induc-
tion précité en aval dudit dispositif et vers la tête de la soupape (22) précitée afin d'être entraîné dans le
courant en jet précité.
8. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ailette (26) précitée est pivotante dans une direction sensiblement parallèle à l'axe du cylindre précité et conduit de son point de pivot vers la chambre
de combustion précitée.
9. Procédé de fonctionnement d'un moteur à combustion interne ayant un cylindre avec un axe et un piston coulissant dans ledit cylindre pour définir une chambre de combustion de volume variable, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: induire une charge d'air ou de mélange aircarburant dans ladite chambre de combustion à travers un passage d'induction; introduire ladite charge dans ladite chambre de combustion dans une direction tangentielle par rapport à la paroi dudit cylindre afin de forcer ainsi ladite charge à tourbillonner dans ladite chambre de combustion autour de l'axe dudit cylindre; contrôler la communication entre ledit passage d'induction et ladite chambre de combustion au moyen d'une soupape; et faire passer ladite charge à travers une ouverture de coupe transversale variable afin de l'accélérer ainsi et de la former, lors de son écoulement dans ledit passage d'induction en amont de ladite soupape, en un courant en jet, dont la composante d'écoulement dans un plan perpendiculaire audit cylindre est rendue maximum pour augmenter la force de la turbulence autour de l'axe dudit
cylindre.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend de plus l'étape de faire varier l'aire en coupe transversale de l'ouverture précitée en réponse à la demande d'induction du moteur afin de maintenir ainsi la vitesse maximum possible du courant en jet précité sans
qu'il y ait diminution de l'efficacité de charge.
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