FR2743111A1

FR2743111A1 - Dispositif d'admission pour moteur a combustion interne

Info

Publication number: FR2743111A1
Application number: FR9515725A
Authority: FR
Inventors: Bruno Covin
Original assignee: Renault SAS; Regie Nationale des Usines Renault
Current assignee: Renault SAS; Regie Nationale des Usines Renault
Priority date: 1995-12-29
Filing date: 1995-12-29
Publication date: 1997-07-04
Anticipated expiration: 2015-12-29
Also published as: FR2743111B1

Abstract

Dispositif d'admission pour moteur à combustion interne, du type comprenant pour chaque chambre de combustion (4) au moins un premier (5) et un second (6) conduits d'admission ménagés à l'intérieur d'une culasse (3), au moins une tubulure (9) d'un collecteur d'admission (7) prolongeant lesdits conduits d'admission à l'extérieur de la culasse (3) et des moyens obturateurs pilotés (10) interposés entre lesdits conduits d'admission (5,6) et ladite tubulure (9) pour sélectivement ouvrir ou fermer ledit second conduit d'admission (6) en réponse aux conditions de fonctionnement du moteur, caractérisé en ce que lesdits moyens obturateurs comportent un élément de fermeture (12) glissant le long d'un siège (11), ledit élément de fermeture (12) étant monté pivotant et présentant au moins une face d'obturation en forme de surface de solide de révolution.

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'entratnement 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'entrainement 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 a pour objet 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, au moins une tubulure d'un collecteur d'admission prolongeant lesdits conduits d'admission à l'extérieur de la culasse et des moyens obturateurs pilotés interposés entre les conduits d'admission et la tubulure pour sélectivement ouvrir ou fermer ledit second conduit d'admission en réponse aux conditions de fonctionnement du moteur.

Selon l'invention, le dispositif d'admission pour moteur à combustion interne est caractérisé en ce que les moyens obturateurs comportent un élément de fermeture glissant le long d'un siège, cet élément de fermeture étant monté pivotant et présentant au moins une face d'obturation en forme de surface de solide de révolution.

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 en ce que 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 ltélément de fermeture est constitué par les parois intérieures d'un logement cylindrique correspondant ménagé dans un corps, ce corps étant intercalé entre la culasse et le collecteur d'admission et comportant un premier et un second passage destinés respectivement à être raccordés par leurs orifices de sortie avec les orifices d'entrée des premier et second conduits d'admission et par leurs orifices d'entrée avec la tubulure du collecteur d'admission.

Selon une autre caractéristique du dispositif d'admission pour moteur à combustion interne objet de l'invention, le logement de l'élément de fermeture débouche à travers le second passage selon une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe du second passage.

Selon une autre caractéristique du dispositif d'admission pour moteur à combustion interne objet de l'invention, l'élément de fermeture est constitué par un boisseau de dimensions correspondantes sensiblement à celles de son logement, ce boisseau présentant une ouverture transversale débouchant latéralement.

Selon une autre caractéristique du dispositif d'admission pour moteur à combustion interne objet de l'invention, les orifices d'entrée des premier et second passages ménagés à travers le corps débouchent dans un passage commun, ce passage commun étant raccordé par son orifice d'entrée à l'orifice de sortie de la tubulure correspondante du collecteur d'admission et en ce que le logement du boisseau est positionné au droit de la zone de raccordement entre le second passage et le passage commun.

Selon une autre caractéristique du dispositif d'admission pour moteur à combustion interne objet de l'invention, l'élément de fermeture est entrainé en rotation par des moyens de manoeuvre et d'immobilisation pilotés comprenant un pignon, une crémaillère et un actionneur pneumatique piloté à partir de 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 la première position de fonctionnement
la figure 3 est une vue similaire à la figure 2, montrant le dispositif d'admission dans une seconde position de fonctionnement
la figure 4 est une vue de détail, en perspective, du boisseau utilisé sur le dispositif d'admission selon l'invention.

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 à la figure 1, le dispositif d'admission représenté est plus particulièrement destiné à alimenter un moteur à combustion interne du type multicylindre (à allumage commandé ou à allumage par compression).

Seule la partie du dispositif d'admission desservant une chambre de combustion référencée 4, a été figurée, le dispositif se répétant sensiblement à l'identique en regard des autres chambres de combustion du moteur.

Le moteur à combustion interne qui dans l'exemple illustré est un quatre cylindres en ligne, comprend classiquement un carter-cylindres non figuré, comportant quatre alésages cylindriques alignés. Ce carter-cylindres est surmonté par une culasse 3.

La culasse 3 présente sur sa face inférieure des chambres de combustion 4 destinées chacune à recouvrir un alésage cylindrique correspondant. La culasse 3 présente également 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 4 de la culasse 3 est alimentée de façon connue en soi par un premier et un second conduits distincts d'admission qui s'étendent sensiblement parallèlement l'un à l'autre. Le premier conduit d'admission 5 est, dans l'exemple figuré, conformé pour provoquer un mouvement tourbillonnaire des gaz d'admission (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 4. Le second conduit d'admission 6 est quant à lui, dans l'exemple figuré, conformé pour présenter le moins de pertes de charge possible et favoriser le remplissage.

Chacun des conduits d'admission 5 et 6 ménagés à travers la culasse 3 s'étend depuis un orifice d'entrée des gaz d'admission ménagé dans une face latérale 30 de la culasse 3, jusqu'à un orifice de sortie débouchant dans la chambre de combustion 4, cet orifice de sortie formant le siège d'une soupape à tige dont l'ouverture est commandée par une came appropriée portée par un arbre à cames non figure.

Ces premiers et seconds conduits d'admission 5 et 6 sont prolongés à l'extérieur de la culasse par une unique conduite tubulaire correspondante 9 d'un collecteur d'admission 7 dont la chambre de répartition ou plénum 8 s'étend sensiblement au-dessus de la culasse 3.

Un dispositif obturateur piloté 10 est interposé entre les conduits d'admission 5 et 6 ménagés dans la culasse 3 et la tubulure correspondante 9 du collecteur d'admission 7. Ce dispositif obturateur piloté 10 a pour objet d'ouvrir ou de fermer, suivant les conditions de fonctionnement du moteur, l'alimentation en air frais ou en mélange carburé de la chambre de combustion 4 à travers le second conduit d'admission droit 6.

Le dispositif obturateur 10 comprend selon l'invention un corps 18 qui s'étend parallèlement à la culasse 3. Ce corps 18 présente deux faces sensiblement planes 20 et 21, une première face 20 destinée à reposer de façon étanche sur la face latérale 30 de la culasse 3 où débouchent les orifices d'entrée des conduits d'admission 5 et 6 et une seconde face 21 destinée à recevoir de façon étanche les tubulures 9 du collecteur d'admission 7. L'immobilisation du corps 10 sur la culasse 3 et des tubulures 9 sur le corps 10 est opérée de préférence au moyen de brides adaptées.

Le corps 18 présente des premier et second passages intérieurs respectivement 15 et 16 débouchant sur la première face 20 par des orifices de sortie destinés à être positionné respectivement en regard des orifices d'entrée des conduits d'admission 5 et 6 débouchant sur la face latérale 30 de la culasse 3.

Ces passages intérieurs débouchent à leurs extrémités amont, dans le sens de l'écoulement des gaz d'admission, dans un passage commun de raccordement 19, s'étendant dans leur prolongement et qui débouche sur la face 21 du corps 10 par un orifice d'entrée destiné à être positionné en regard de l'orifice de sortie de la tubulure 9 du collecteur d'admission 7.

Au droit de la zone de raccordement entre le second passage 16 et le passage commun 19, le corps 18 présente un logement 11 cylindrique borgne s'étendant perpendiculairement à ces passages et sensiblement transversalement par rapport à l'axe longitudinal du moteur. Les parois intérieures de ce logement 11 forment le siège d'un élément de fermeture rotatif ou boisseau 12. Des moyens d'étanchéité non figurés assurent le montage étanche du boisseau 12 dans son logement 11.

Le boisseau 12 est entraîné en rotation par des moyens de manoeuvre 17 de façon à venir sélectivement fermer ou ouvrir l'entrée du second passage 16 en glissant le long de son siège selon une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe du second passage 16.

Le logement 11 et le boisseau 12 coopèrent seulement avec le second passage 16 et n'interfèrent donc pas avec le premier passage 15 qui demeure lui toujours libre, de sorte que les gaz d'admission issus de la tubulure 9 peuvent toujours librement alimenter le premier conduit d'admission turbulent 5, après avoir transité à travers le passage commun 19 et le second passage 15 ménagés dans le corps 18.

Comme on le voit plus précisément à la figure 4, le boisseau est constitué par une pièce 12 cylindrique de dimensions correspondantes sensiblement à celles du logement 11 et qui présente une ouverture transversale 22, débouchant latéralement.

L'ouverture 22 est conformée de façon que lorsque le boisseau 12 est en position ouvert , cf. figure 2, celle-ci prolonge sans discontinuité les surfaces intérieures correspondantes des passages 19 et 16 de façon à ne générer aucune perte de charge à l'encontre de l'écoulement des gaz d'admission.

Le positionnement du boisseau 12 sensiblement au droit de la jonction entre le passage commun 19 et le second passage 16, permet de supprimer tout espace mort lorsque le boisseau 12 est en position fermée , cf. figure 3. De plus, la forme convexe de la face d'obturation du boisseau 12 facilite -l'écoulement des gaz d'admission du passage commun 19 vers le premier passage 15.

Le boisseau 12 est mû en rotation par des moyens de manoeuvre 17 qui comprennent un pignon d'entraînement 14 fixé à l'extrémité axiale du boisseau 12 débouchant hors du logement 11, sur lequel agit une crémaillère 13 actionnée par un système d'entraînement piloté non figuré telle qu'une capsule manométrique pilotée par la charge moteur, dont le poumon solidaire d'une extrémité de la crémaillère est par exemple attiré à l'encontre d'un ressort de rappel par une source de dépression. Cette dépression peut être celle régnant dans le collecteur d'admission 7 en aval du papillon des gaz dans le cas d'un moteur à allumage commandé ou par la dépression générée par une pompe à vide et ajustée par une vanne électromagnétique pilotée en fonction de la position de la pédale d'accélérateur dans le cas d'un moteur à allumage par compression.

Un tel système de manoeuvre peut entraîner individuellement chaque boisseau 12 ou encore entraîner simultanément l'ensemble des quatre boisseaux nécessaires à la commande de l'admission des quatre chambres de combustion.

Les moyens de manoeuvre décrit ne sont pas limitatifs et peuvent être remplacés par tous moyens équivalents (systèmes vis-écrou, biellettes, 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 exemple la quantité de carburant devant être injectée, l'instant d'allumage des bougies, etc.).

Sous l'action des moyens de manoeuvre 17 le boisseau 12 tourillonne dans son logement 11 entre deux positions extrêmes distinctes. La première position est représentée conformément à la figure 3. Dans cette position, le boisseau 12 vient masquer par l'intermédiaire de sa face d'obturation convexe, l'orifice d'entrée du second passage 16, interdisant de ce fait aux gaz d'admission provenant de la tubulure 9 et du passage commun 19 de s'écouler à travers le second passage 16 et donc à travers le second conduit d'admission droit 6 alimentant la chambre de combustion 4.

Dans cette première position du boisseau 12, la chambre de combustion 4 du moteur est alors alimentée en gaz d'admission à travers son seul premier conduit turbulent 5, de sorte que les gaz d'admission admis sont alors soumis à un mouvement d'ensemble ordonné générateur d'une forte turbulence.

La seconde position est représentée conformément aux figures 1 et 2. Dans cette position, le boisseau 12 est pivoté d'une valeur angulaire prédéterminée de façon à faire correspondre l'ouverture 22 avec les passages 19 et 16 et libérer ainsi l'orifice d'entrée du passage 16 et permettre la libre circulation des -gaz d'admission à travers ce passage. Dans cette seconde position du boisseau 12, la chambre de combustion 4 du moteur est alors alimentée par ses deux conduits d'admission 5 et 6.

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 17 pilotés par la forte dépression régnant dans le collecteur d'admission maintiennent le boisseau 12 dans sa première position, interdisant la circulation des gaz d'admission à travers le second conduit 6. La chambre de combustion 4 est alors alimentée par son seul premier conduit 5 de façon à générer une turbulence des gaz d'admission 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 17 opèrent alors le pivotement du boisseau 12 sa seconde position de façon à libérer la circulation des gaz d'admission à travers le second conduit 6. La chambre de combustion 4 est alors alimentée simultanément par ses deux conduits d'admission 5 et 6 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 le boisseau 12 dans sa première position de façon à obturer à nouveau le second passage 16 et interdire la circulation des gaz d'admission à travers le second conduit 6.

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 du boisseau 12, sont opérés pour chaque type de moteur par des essais préalables.

En variante de réalisation non figurée, il est possible de prévoir des ajutages transversaux à travers le boisseau 12 pour autoriser un débit de gaz d'admission prédéterminé à travers le second passage 16 et donc à travers le second conduit 6 lorsque le boisseau 12 est déplacé dans sa première position.

Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple.

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, les conduits d'admission 5 et 6 ménagés dans la culasse 3 peuvent être de formes absolument quelconques.

Ainsi, la course du boisseau 12 peut être limitée de façon à ne venir obturer dans sa première position que partiellement l'orifice d'entrée du passage 16. De même, la rotation du boisseau 12 entre les deux positions limites précitées peut s'opérer progressivement suivant les conditions de fonctionnement du moteur à partir d'une cartographie associant ouvertures du passage 16 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 deux trajets distincts d'admission par chambre de combustion : un premier trajet (par exemple de grande longueur et de faible section) étant utilisé pour les fonctionnements à bas régimes et un second trajet (par exemple court et de forte section) étant utilisé pour les fonctionnements à hauts régimes.

Ainsi, le corps 18 à l'intérieur duquel sont ménagés les passages 15, 16, 19 et l'élément de fermeture 12, peut également servir de support pour un injecteur de carburant, dans le cas d'un moteur à injection indirecte. De même, le corps 18 peut être directement intégré au collecteur d'admission 7 ou bien encore à la culasse 3.

Ainsi, il est possible de prévoir un dispositif obturateur similaire dans le cas où le corps 18 présente deux passages séparés s'étendant entre les deux faces 21 et 20 et non plus deux conduits jumelés 15 . et 16 réunis en. Y comme représentés sur les dessins, le boisseau 12 peut alors est disposé en tout point du second passage.

Une telle disposition est plus particulièrement adaptée lorsque le collecteur d'admission comporte une première et une seconde tubulures destinées à prolonger respectivement les premier et second conduits d'admission 5 et 6 correspondants ménagés dans la culasse.

Claims

REVENDICATIONS

[1] Dispositif d'admission pour moteur à combustion interne, du type comprenant pour chaque chambre de combustion (4) au moins un premier (5) et un second (6) conduits d'admission ménagés à l'intérieur d'une culasse (3), au moins une tubulure (9) d'un collecteur d'admission (7) prolongeant lesdits conduits d'admission à l'extérieur de la culasse (3) et des moyens obturateurs pilotés (10) interposés entre lesdits conduits d'admission (5,6) et ladite tubulure (9) pour sélectivement ouvrir ou fermer ledit second conduit d'admission (6) en réponse aux conditions de fonctionnement du moteur, caractérisé en ce que lesdits moyens obturateurs comportent un élément de fermeture (12) glissant le long d'un siège (11), ledit élément de fermeture (12) étant monté pivotant et présentant au moins une face d'obturation en forme de surface de solide de révolution.
(2] Dispositif d'admission pour moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier conduit d'admission (5) est conformé pour provoquer un mouvement tourbillonnaire des gaz d'admission et en ce que ledit second conduit d'admission (6) est conformé pour favoriser le remplissage de la chambre de combustion (4).
[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 (12) est constitué par les parois intérieures d'un logement cylindrique correspondant (11) ménagé dans un corps (10), ledit corps (10) étant intercalé entre la culasse (3) et le collecteur d'admission (7) et comportant un premier (15) et un second passage (16) destinés respectivement à être raccordés par leurs orifices de sortie avec les orifices d'entrée desdits premier et second conduits d'admission (5,6) et par leurs orifices d'entrée avec ladite tubulure (9) dudit collecteur d'admission (7).
[4] Dispositif d'admission pour moteur à combustion interne selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit logement (11) débouche à travers le second passage (16) selon une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe dudit second passage (16).
[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 est constitué par un boisseau (12) de dimensions correspondantes sensiblement à celles dudit logement (11), ledit boisseau (12) présentant une ouverture transversale (22) débouchant latéralement.

t6] Dispositif d'admission pour moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que lesdits orifices d'entrée des premier (15) et second passages (16) ménagés à travers ledit corps (10) débouchent dans un passage commun (19), ledit passage commun (19) étant raccordé par son orifice d'entrée à l'orifice de sortie de ladite tubulure (9) dudit collecteur d'admission (7) et en ce que ledit logement (11) est positionné au droit de la zone de raccordement entre ledit second passage (16) et ledit passage commun (19).

[7] Dispositif de commande de l'alimentation d'un moteur à combustion interne selon la revendication 1 à 6, caractérisé en ce que ledit élément de fermeture (12) est entraîné en rotation par des moyens de manoeuvre et d'immobilisation pilotés comprenant un pignon (14), une crémaillère (13) et un actionneur pneumatique piloté à partir de la charge du moteur.