FR2868812A1 - Moteur a combustion interne comportant un conduit d'admission equipe d'une membrane deformable - Google Patents
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Abstract
L'invention propose un moteur (10) à combustion interne comportant au moins un cylindre (12), une chambre de combustion (22), et au moins un conduit d'admission (26), qui est aménagé dans une culasse (18) et qui débouche dans la chambre de combustion (22), caractérisé en ce que le conduit d'admission (26) comporte une membrane (40) à déformation commandée et qui est susceptible d'occuper une position neutre dans laquelle la membrane (40) épouse globalement la forme de la paroi interne (42) du conduit d'admission (26), et au moins une position déformée dans laquelle la membrane (40) s'étend en saillie à l'intérieur du conduit d'admission (26) pour former un déflecteur qui accélère le flux des gaz d'admission d'un côté de l'axe (A2) de la soupape (30) en vue de produire un mouvement aérodynamique ordonné du type tumble.
Description
"Moteur à combustion interne comportant un conduit
d'admission équipé d'une membrane déformable" La présente invention concerne un moteur à combustion interne, notamment de véhicule automobile.
La présente invention concerne plus particulièrement un moteur à combustion interne, notamment de véhicule automobile, comportant au moins un cylindre dans lequel se déplace un piston, une chambre de combustion qui est délimitée par la face inférieure d'une culasse et par la tête du piston, et au moins un conduit d'admission, notamment pour des gaz d'admission, qui est aménagé dans la culasse et qui, suivant le sens de circulation des gaz d'admission, débouche vers l'aval dans la chambre de combustion par un orifice de sortie obturé par une soupape d'admission montée coulissante suivant un axe de coulissement.
Sur les moteurs à combustion interne modernes, des dispositifs sont prévus pour produire dans les gaz d'admission, ou dans le mélange carburé introduit dans la chambre de combustion, un mouvement aérodynamique ordonné du type "tumble".
Ce mouvement aérodynamique est un mouvement de rotation du fluide autour d'un axe sensiblement perpendiculaire à l'axe du cylindre et sensiblement parallèle à l'axe du vilebrequin.
Le mouvement de tumble a des effets bénéfiques notamment sur la réduction des émissions de polluants et sur le couple à bas régime. Il permet en outre d'obtenir un cycle de combustion plus tolérant vis-à-vis du cliquetis et des instabilités de combustion.
Le mouvement de tumble a aussi des avantages pour améliorer la combustion du mélange carburé lorsque le moteur 30 fonctionne au ralenti.
Le mouvement de tumble peut être produit de plusieurs façons, soit par une architecture propre à la culasse, ce qui permet d'obtenir un mouvement de tumble dit fixe, soit par un mécanisme rapporté qui permet de produire un mouvement de tumble dit variable.
D'une manière générale, la génération d'un fort mouvement de tumble s'accompagne d'une dégradation importante de la perméabilité du cylindre, ce qui est pénalisant pour le remplissage du moteur en fonctionnement à pleine charge.
Aussi, les systèmes dits de tumble variable, qui peuvent être constitués par exemple par un conduit d'admission équipé d'un boisseau ou volet mobile, permettent de remédier aux io inconvénients liés à la génération d'un mouvement de tumble important à pleine charge, en désactivant les moyens qui produisent le mouvement de tumble lors des phases de fonctionnement à pleine charge.
Un moteur équipé d'un volet mobile pour produire un 15 mouvement de tumble est décrit notamment dans le document EP-A-0.928.887.
Un inconvénient d'un tel système de tumble variable est que, même en position escamotée, il produit de fortes pertes de charge sous forme d'effet de traînée et de recirculation des gaz d'admission dans le conduit. Ce système produit un mouvement de tumble en disposant un obstacle à l'écoulement dans le flux des gaz d'admission, ce qui crée un décollement du flux fortement perturbant pour le mouvement de la charge carburée dans le cylindre, et ce qui dissipe une partie de l'énergie cinétique emmagasinée par la charge carburée.
II est connu, par exemple dans le document US-A-2002/0078921, de réaliser un système de tumble variable en agençant une cloison fixe dans le conduit d'admission de manière à diviser ce conduit en deux parties respectivement inférieure et supérieure, et en agençant un système d'obturation en amont dans le conduit, de manière à fermer graduellement la partie inférieure en fonction du point de fonctionnement du moteur.
Ce système n'est pas complètement satisfaisant car il nécessite de réaliser une cloison dans le conduit d'admission. De plus, le mouvement de tumble est réalisé en disposant un obstacle à l'écoulement dans le flux des gaz d'admission, ce qui présente les inconvénients énoncés précédemment.
La présente invention vise à remédier aux inconvénients des solutions précités.
Dans ce but, l'invention propose un moteur du type décrit précédemment, caractérisé en ce que le conduit d'admission io comporte une membrane à déformation commandée qui est agencée dans le conduit d'admission et qui est susceptible d'occuper une position neutre dans laquelle la membrane épouse globalement la forme de la paroi interne du conduit d'admission, et au moins une position déformée dans laquelle la membrane s'étend en saillie à l'intérieur du conduit d'admission pour former un déflecteur qui accélère le flux des gaz d'admission d'un côté de l'axe de la soupape en vue de produire un mouvement aérodynamique ordonné du type tumble dans la chambre de combustion du cylindre: Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - la membrane est agencée au voisinage du siège de soupape; la membrane est agencée dans une portion de la paroi interne du conduit d'admission qui est radialement opposée à 25 l'axe du cylindre par rapport à l'axe de la soupape; - la membrane est réalisée en matériau à mémoire de forme et comporte au moins deux états stables, en fonction de sa température, qui correspondent respectivement à la position neutre et à la position déformée; - la déformation de la membrane est commandée par une came qui est montée à rotation autour d'un axe entre une position de repos qui correspond à la position neutre de la membrane et une position d'actionnement dans laquelle une surface d'appui de la came vient en appui contre la face externe de la membrane en provoquant sa déformation; - la culasse comporte une chambre de commande qui est adjacente à la face externe de la membrane et qui contient un fluide de commande, la chambre de commande est raccordée à une source de pression, et la déformation de la membrane est commandée au moyen de la source de pression en faisant varier la pression dans la chambre de commande; - la membrane est équipée d'un circuit électrique et en ce io que la déformation de la membrane est commandée en fonction de l'intensité du courant électrique traversant le circuit D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe axiale qui représente schématiquement un moteur à combustion interne réalisé conformément aux enseignements de l'invention et comportant une membrane en position neutre; - la figure 2 est une vue similaire à celle de la figure 1 qui représente schématiquement le moteur de la figure 1 lorsque la membrane occupe sa position déformée.
Sur les figures 1 et 2, on a représenté un moteur à combustion interne 10, notamment de véhicule automobile, réalisé 25 conformément aux enseignements de l'invention.
Les figures représentent plus particulièrement un cylindre 12 du moteur 10.
Un piston 14 se déplace suivant l'axe Al du cylindre suivant un mouvement alternatif entre une position axiale de point 30 mort haut et une position axiale de point mort bas.
Le cylindre 12 est aménagé dans un bloc moteur 16 qui est coiffé par une culasse 18, fixée sur sa face supérieure.
La surface inférieure 20 de la culasse 18 délimite la partie supérieure d'une chambre de combustion 22, la partie inférieure de la chambre de combustion 22 étant délimitée notamment par la face supérieure 24 de la tête du piston 14.
Un conduit d'admission 26 est aménagé dans la culasse 18 de manière à ce qu'il débouche dans la chambre de combustion 22 à travers un orifice de sortie 28.
L'orifice de sortie 28 est obturé par une soupape d'admission 30 qui est montée coulissante suivant un axe de coulissement A2.
L'orifice de sortie 28 est pourvu d'un siège de soupape 32 io qui est sensiblement centré sur l'axe de coulissement A2 de la soupape 30.
Sur les figures, la soupape d'admission 30 est représentée en position ouverte.
De manière classique, le cylindre 12 comporte des moyens (non représentés) pour injecter du carburant dans les gaz d'admission et des moyens pour allumer le mélange carburé.
Le cylindre 12 comporte une soupape d'échappement 34, qui est prévue pour obturer l'orifice d'échappement 36 d'un conduit d'échappement 38.
De préférence, le moteur 10 comporte plusieurs soupapes d'admission 30 et plusieurs soupapes d'échappement 34 dans chaque cylindre 12.
Conformément à une caractéristique de l'invention, le conduit d'admission 26 comporte une membrane 40 à déformation commandée qui est agencée dans le conduit d'admission 26.
La membrane 40 est susceptible d'occuper une position neutre, qui est représentée sur la figure 1, dans laquelle la membrane 40 épouse globalement la forme de la paroi interne 42 du conduit d'admission 26, et au moins une position déformée, qui est représentée sur la figure 2, dans laquelle la membrane 40 s'étend en saillie à l'intérieur du conduit d'admission 26 pour former un déflecteur qui accélère le flux des gaz d'admission d'un côté de l'axe A2 de la soupape 30 en vue de produire un mouvement aérodynamique ordonné du type tumble dans la chambre de combustion 22 du cylindre 12.
Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 1, en position neutre, la membrane 40 a globalement la forme d'une plaque qui s'étend parallèlement à la portion adjacente de la paroi interne 42 du conduit d'admission 26 et qui est plaquée contre cette paroi interne 42.
La membrane 40 a une faible épaisseur, relativement à la section de passage des gaz dans le conduit d'admission 26, ce io qui permet d'éviter de perturber l'écoulement des gaz d'admission par des obstacles pour assurer une perméabilité maximale du conduit d'admission 26.
En position déformée, comme on peut le voir sur la figure 2, la membrane 40 a globalement un profil bombé convexe, 15 dans le plan de coupe.
La membrane 40 est fixée sur la paroi interne 42 du conduit d'admission 26 par son bord périphérique 44. Ainsi, en position déformée, la membrane 40 est toujours liée à la paroi interne 42 du conduit d'admission 26, et les gaz d'admission ne peuvent pas pénétrer sous la membrane 40.
De préférence, la membrane 40 est agencée au plus près du siège de soupape 32, pour permettre à la membrane 40 en position déformée de produire un mouvement de tumble plus important.
Avantageusement, la membrane 40 est agencée dans une portion de la paroi interne 42 du conduit d'admission 26 qui est radialement opposée à l'axe Al du cylindre 12 par rapport à l'axe A2 de la soupape 30, ce qui permet de minimiser le débit des gaz d'admission du côté gauche de l'axe A2 de la soupape 30, c'est-à- dire du côté de la paroi axiale périphérique du cylindre 12, par rapport au débit du côté droit, c'est-à-dire au voisinage de l'axe Al du cylindre 12.
Le moteur 10 est équipé d'un système de commande 46 qui est susceptible de provoquer la déformation de la membrane 40.
Selon le mode de réalisation représenté ici, le système de commande 46 comporte une came 48 qui est montée à rotation autour d'un axe A3 orthogonal au plan de coupe entre une position de repos, qui correspond à la position neutre de la membrane 40, et une position d'actionnement, qui est représentée sur la figure 2, dans laquelle une surface d'appui 50 de la came 48 vient exercer une pression contre la face externe 52 de la membrane 40 en provoquant sa déformation.
La came 48 est ici agencée dans une cavité 54 qui lo débouche dans le conduit d'admission 26, sous la face externe 52 de la membrane 40. La partie débouchante de la cavité 54 est donc fermée par la membrane 40.
La came 48 peut être entraînée en rotation, entre sa position de repos et sa position d'actionnement, par tout moyen connu (non représenté), par exemple par un moteur électrique.
La membrane 40 est commandée dans sa position neutre de préférence lorsque le moteur 10 fonctionne à forte charge et qu'il n'est pas nécessaire de créer un mouvement de tumble important dans le mélange carburé.
La membrane 40 est commandée dans sa position déformée notamment lorsque le moteur 10 fonctionne à faible charge, de manière à produire un mouvement de tumble important dans le mélange carburé à l'intérieur de la chambre de combustion 22.
Avantageusement, la membrane 40 peut occuper des positions intermédiaires entre sa position neutre et sa position déformée, de manière à permettre une régulation de l'intensité du mouvement de tumble dans la chambre de combustion 22.
Avantageusement, le profil de la came 48 peut être choisi de manière à optimiser le profil de la membrane 40 en position déformée.
Sur les figures 1 et 2, le flux des gaz d'admission est illustré par des flèches F. Comme on peut le constater sur la figure 2, la membrane 40 en position déformée provoque un décollement du flux des gaz d'admission au voisinage de la face amont de la soupape 30, du côté gauche de l'axe A2 de la soupape 30, de sorte que le débit des gaz d'admission est plus important du côté droit de l'axe A2 de la soupape 30, ce qui produit un mouvement de tumble dans la chambre de combustion 22.
Le système selon l'invention qui produit le mouvement de tumble présente l'avantage de ne pas utiliser un dispositif intrusif io dans le conduit d'admission 26 qui pourrait pénaliser la perméabilité du conduit d'admission 26.
Lors d'un fonctionnement à forte charge, la membrane 40 est plaquée contre la paroi interne 42 du conduit d'admission 26 de sorte que le conduit d'admission 26 se présente globalement sous la même forme qu'un conduit dépourvu de moyens produisant un mouvement de tumble, vis-à-vis du flux des gaz d'admission.
Selon une variante de réalisation (non représentée) de l'invention, le système de commande peut comporter une chambre de commande qui est aménagée dans culasse 18, à la manière de la cavité 54 mentionnée précédemment, et qui est adjacente à la face externe 52 de la membrane 40.
La chambre de commande contient un fluide de commande, tel que de l'huile ou de l'air qui est en contact avec la face externe 52 de la membrane 40, et la chambre de commande est raccordée à une source de pression.
Ainsi, le système de commande est susceptible de commander la déformation de la membrane 40, au moyen de la source de pression, en faisant varier la pression régnant dans la chambre de commande.
Selon une autre variante de réalisation (non représentée) de l'invention, le système de commande peut comporter un circuit électrique qui équipe la membrane 40, par exemple sur la face externe 52 de la membrane 40, et qui commande la déformation de la membrane 40 en fonction de l'intensité du courant électrique traversant le circuit.
A cet effet, la membrane 40 peut être réalisée en matériau à mémoire de forme de sorte qu'elle comporte au moins deux états stables, en fonction de sa température, qui correspondent respectivement à la position neutre et à la position déformée.
Le système de commande peut ainsi faire varier l'intensité du courant électrique dans le circuit de manière à faire varier la température de la membrane 40 pour provoquer son passage d'un io état stable à l'autre. i0
Claims (7)
1. Moteur (10) à combustion interne, notamment de véhicule automobile, comportant au moins un cylindre (12) dans lequel se déplace un piston (14) , une chambre de combustion (22) qui est délimitée par la face inférieure (20) d'une culasse (18) et par la tête du piston (14), et au moins un conduit d'admission (26), notamment pour des gaz d'admission, qui est aménagé dans la culasse (18) et qui, suivant le sens de circulation des gaz d'admission, débouche vers l'aval dans la chambre de combustion io (22) par un orifice de sortie (28) obturé par une soupape d'admission (30) montée coulissante suivant un axe de coulissement (A2), caractérisé en ce que le conduit d'admission (26) comporte une membrane (40) à déformation commandée qui est agencée dans le conduit d'admission (26) et qui est susceptible d'occuper une position neutre dans laquelle la membrane (40) épouse globalement la forme de la paroi interne (42) du conduit d'admission (26), et au moins une position déformée dans laquelle la membrane (40) s'étend en saillie à l'intérieur du conduit d'admission (26) pour former un déflecteur qui accélère le flux des gaz d'admission d'un côté de l'axe (A2) de la soupape (30) en vue de produire un mouvement aérodynamique ordonné du type tumble dans la chambre de combustion (22) du cylindre (12).
2. Moteur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la membrane (40) est agencée au voisinage du siège de soupape (32).
3. Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la membrane (40) est agencée dans une portion de la paroi interne (42) du conduit d'admission (26) qui est radialement opposée à l'axe (Al) du cylindre (12) par rapport à l'axe (A2) de la soupape (30).
4. Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la membrane (40) est réalisée en matériau à mémoire de forme et comporte au moins deux états 2868812 Il stables, en fonction de sa température, qui correspondent respectivement à la position neutre et à la position déformée.
5. Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la déformation de la membrane (40) est commandée par une came (48) qui est montée à rotation autour d'un axe (A3) entre une position de repos qui correspond à la position neutre de la membrane (40) et une position d'actionnement dans laquelle une surface d'appui (50) de la came (48) vient en appui contre la face externe (52) de la membrane (40) en provoquant sa déformation.
6. Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la culasse (18) comporte une chambre de commande qui est adjacente à la face externe (52) de la membrane (40) et qui contient un fluide de commande, en ce que la chambre de commande est raccordée à une source de pression, et en ce que la déformation de la membrane (40) est commandée au moyen de la source de pression en faisant varier la pression dans la chambre de commande.
7. Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la membrane (40) est équipée d'un circuit électrique et en ce que la déformation de la membrane (40) est commandée en fonction de l'intensité du courant électrique traversant le circuit.
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