WO2011012787A1 - Procédé de contrôle d'écoulement d'un fluide d'admission pour un moteur à combustion interne et moteur pour la mise en oeuvre dudit procédé. - Google Patents

Procédé de contrôle d'écoulement d'un fluide d'admission pour un moteur à combustion interne et moteur pour la mise en oeuvre dudit procédé. Download PDF

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internal combustion
fluid
combustion engine
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Clément Dumand
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Peugeot Citroën Automobiles SA
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Definitions

  • a method of controlling flow of an intake fluid for an internal combustion engine and engine for carrying out said method is a method of controlling flow of an intake fluid for an internal combustion engine and engine for carrying out said method.
  • the invention relates to internal combustion engines, and more particularly the control of the flow of air at the inlet.
  • document JP59120718 discloses a "swirl" swirling motion control device for an internal combustion engine.
  • the device comprises a bimetallic element or bimetallic disposed substantially flush along the end portion of an intake manifold, near an inlet opening into the combustion chamber of the engine.
  • the control of the swirling motion is ensured by the deformation of the bimetallic element.
  • the deformation is caused by passing an electric current through the bimetallic element in order to increase the temperature Joule effect and thus cause the expansion of the metal elements.
  • such a device requires external control and causes additional energy expenditure for the electric heating of the bimetallic element.
  • the invention aims to overcome the disadvantages of the state of the prior art by providing a new admission fluid flow control process simpler to implement and more economical.
  • the subject of the present invention is a method for controlling the flow of an intake fluid for an internal combustion engine comprising a combustion chamber connected to at least one intake manifold with a curved end portion opening into the chamber of combustion. combustion by an inlet orifice, a bimetallic strip able to deform as a function of its temperature to deflect the intake fluid and disposed in the terminal portion upstream of the inlet orifice, characterized in that the deformation of the bimetal is caused by the variation of its temperature under the effect of a heat input provided by flue gases from the combustion chamber and up into the intake manifold.
  • the bimetal is deformed so as to be substantially flush with the intake manifold to promote the filling of the combustion chamber. Indeed, it is necessary for heavily loaded points to maximize filling to achieve the target performance of the engine.
  • the bimetallic strip is deformed so as to mask part of the passage section of the tubing and cause a deviation of the intake fluid in said tubing.
  • weakly charged points it is necessary for weakly charged points to increase aerodynamics to accelerate combustion reduce consumption and emissions of pollutants.
  • the subject of the invention is also an internal combustion engine comprising at least one intake fluid intake manifold with a curved terminal portion opening into a combustion chamber through an intake orifice, the engine further comprising a bimetallic strip adapted to deform with respect to its temperature to deflect the intake fluid and disposed in the curved end portion and connected on the side of the bimetallic strip upstream of the flow of the intake fluid by means of fixing, characterized in that it comprises a thermal insulation disposed between the bimetallic strip and the intake manifold.
  • the temperature of the bimetallic strip is essentially the result of the heat provided by the gases flowing in the intake manifold.
  • the engine according to the invention may comprise one or more of the following features:
  • the engine implements the method of the invention.
  • the thermal insulation is maintained between the bimetallic strip and the tubing by the fixing means.
  • the fastening means is in a thermally insulating material. In this way, a thermal bridge between the tubing and the bimetal is avoided.
  • the fastening means is a screw, for reasons of economy and technical simplicity.
  • the bimetal comprises an additional baffle disposed on the side of the bimetal placed downstream of the flow of the intake fluid. Indeed, this increases the deflection surface of the intake fluid and the effectiveness of the device.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an internal combustion engine with a bimetallic flow control device.
  • FIG. 2 is a table presenting the average temperature in the intake manifold measured as a function of the engine speed and engine load conditions determined.
  • FIG. 3 is a table showing the average temperature in the intake manifold measured as a function of engine speed, engine load and EGR rate conditions.
  • FIG. 4 shows, in cross section, a bimetal implantation detail in the intake manifold, the bimetallic strip being straight for a mean temperature in the low intake manifold.
  • FIG. 5 shows, in cross section, a bimetal implantation detail in the intake manifold, the bimetal being bent for a mean temperature in the high intake manifold.
  • FIG. 6 is a table indicating an order of magnitude of the deflection of a bimetallic strip of 100 mm depending on the temperature of said bimetal, for two types of bimetallic strip.
  • FIG. 7 is a schematic representation of a bimetal variant which is joined at its free end an additional baffle.
  • FIG. 8 shows a first arrangement of a plurality of rectangular bimetallic strips
  • FIG. 9 shows a second arrangement of a plurality of substantially triangular bimetals.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine comprising at least one cylinder 1 of longitudinal axis XX, closed at the top by a cylinder head 2. Inside this cylinder is housed a piston 3 which makes it possible to define a chamber 4 of combustion formed by the side wall of the cylinder 1, the portion of the yoke 2 facing the piston 3 and the upper part of said piston 3 and inside which is admitted a fluid to achieve the combustion of a mixture carbide.
  • the engine also comprises intake means 5, generally carried by the cylinder head 2, which comprise at least one intake manifold 6 opening through an orifice 7 in the combustion chamber 4.
  • a valve seat 8 whose central bore corresponds to the orifice 7 and which is used with an intake valve of which only the general axis 9 is shown in FIG. 1 for reasons of clarity.
  • the intake manifold 6 has a curved end portion A. This portion thus comprises a lower surface 10 close to the cylinder and an extrados 1 1 opposite the intrados.
  • the engine is provided with exhaust means comprising at least one exhaust valve, of which only the general center line 12 is shown in FIG. 1 for reasons of clarity, which make it possible to evacuate the flue gases. contained in the combustion chamber 4.
  • the conformation curves the end portion A of the intake manifold 6 to introduce the intake fluid into the combustion chamber 4 in such a manner that the fluid has a circular motion about an axis of rotation YY which is substantially perpendicular to that XX of the engine cylinder.
  • This swirling movement is better known by the term "tumble".
  • the fluid admitted into the combustion chamber 4 may as well be a supercharged or non-supercharged air introduced through the pipe 6 to be then mixed with a fuel that a fuel-based fuel mixture mixed with supercharged air or not, possibly added with recirculated flue gas.
  • the intake manifold 6 carries, near its orifice 7, a bimetallic strip 13.
  • the term "bimetallic strip” refers to an element consisting of two plates integrally bonded to one face. These two plates consist of materials having different thermal expansions. Thus, when the temperature of the bimetallic strip 13 increases, it bends on the side of the material having the smallest expansion.
  • the bimetallic strip 13 is close to the orifice 7 in order to have a noticeable effect on the deflection of the flow.
  • this type of engine controls its intake air intake through a throttle arranged in the intake line, not shown here, upstream of the tubing 6 intake. This throttle creates a pressure drop that controls the amount of air admitted into the cylinder 1 at each engine cycle.
  • the throttle valve On low-load engine operating points, the throttle valve is closed to lower the pressure in the intake line and limit the amount of air in the engine. On the points of low load, the pressure in the intake line is lower than the atmospheric pressure and, a fortiori, lower than the pressure in the exhaust line. As an indication, the pressure in the intake line is then between 0.3 and 1 bar. On high-load engine operating points, the throttle is fully open and the pressures may even exceed atmospheric pressure if the engine is supercharged or acoustically adapted.
  • Such a gasoline internal combustion engine is further characterized by a so-called valve crossing phase, that is to say that it is a few moments during an exhaust phase of the engine cycle during which the intake and exhaust valves are open simultaneously.
  • This valve crossover phase promotes flue gas scavenging at the end of the exhaust for the busiest operating points.
  • This crossing phase also induces a return flow (generally referred to by the English expression of "back flow") of the flue gases in the intake manifold 6 for the points of low load where the pressure at the intake is less than the pressure prevailing in the combustion chamber 4.
  • back flow generally referred to by the English expression of "back flow”
  • FIG. 2 shows the average temperature measured in the intake manifold 6 as a function of the engine speed N, expressed in rpm, and the engine load C, conventionally represented by the PMI (mean indicated pressure) expressed in bar.
  • the temperature rise is 50 0 C between a first engine operating point at 5 bar PMI and a second point 2.8 PMI bar, at 2000 rev / min.
  • the temperature rise is lower as shown in the figure where the temperature rise is only ⁇ 'O between a first operating point at 20 bar of PMI and a second point at 15 bar of PMI. , at 2000 rpm.
  • the engine further comprises a burnt gas recirculation device or EGR (for the acronym for the Exhaust Gas Exhaust Gas Expression), a portion of exhaust gases exhausted exhaust being taken to be reinjected on admission, it is noted that, as shown in Figure 3, the addition of EGR gas tends to reduce the average temperature in the intake manifold. Indeed, the addition of EGR gas tends to limit the opening of the throttle and increases the intake pressure. This increase in intake pressure reduces the "backflow" of the flue gas during the crossing of the valves and thereby reduces the average temperature in the intake manifold 6. Thus, for example, an operating point at 2000 rpm and at a constant PMI of 2.8 bar is observed to reduce by 30 ° C.
  • EGR burnt gas recirculation device
  • FIGs 4 and 5 show schematically a detail of the implantation of the bimetallic strip 13 in the intake manifold 6 on the side of the intrados 10 of said manifold.
  • the bimetal 13 is formed of a first plate 14 integrally bonded to a second plate 15.
  • the two plates 14, 15 are made of materials having different thermal expansions, the material of the first plate 14 having a thermal expansion less than that of the material of the second plate 15.
  • the intake fluid flowing in the direction of the arrow F to the combustion chamber 4, the bimetallic strip 13 is fixed to the intake pipe 6 by a fixing means 16, such that a screw as shown schematically in Figure 4 or Figure 5, the side placed upstream of the flow, its side placed downstream of the flow remaining free.
  • bimetallic strip 13 is deformed so as to mask part of the passage section. of the tubing and causing a deviation of the intake fluid in said tubing. More specifically, the bimetallic strip 13 is implanted so as to orient the intake fluid towards the extrados 1 1 of the tubing 6,
  • the bimetallic strip 13 For heavily loaded engine operating points ( Figure 4), ie when the average temperature in the intake manifold is lower, and so as not to impede the flow by creating a pressure drop, the bimetallic strip 13 must preferably respect the shape of the intake manifold 6 and is deformed so as to be substantially flush with said manifold. This promotes the filling of combustion chamber 4.
  • bimetallic 13 is disposed in a housing 23 provided in the intake manifold 6 ( Figure 4).
  • the inlet pipe 6 is generally part of the cylinder head 2 which is itself cooled by a circulation of coolant.
  • the bimetallic strip 13 must be essentially sensitive to the average temperature of the intake fluid in the intake manifold 6.
  • a thermal insulator 17 is provided between the inlet manifold 6 and the bimetallic strip 13.
  • the thermal insulation may be a thin element such as a flat plastic washer.
  • the thermal insulation 17 is preferably maintained between the bimetallic strip 13 and the tubing 6 by the fixing means 16.
  • the thermal insulator 17 is crossed by the fixing means 16.
  • the fixing means is a fixing screw.
  • Other fastening means may also be envisaged such as a rivet, a glue, a weld spot, etc.).
  • the fixing means 16 is in a thermally insulating material such as a plastic, polymer or composite resistant to temperatures of the order of 200 to 300 ° C. The heat exchange between bimetal 13 and the intake manifold 6.
  • the bimetal is a reliable and robust mechanical member that acts as both controller, actuator and functional element.
  • the constitution of a bimetal a great diversity of materials such as metals or alloys with a wide choice in the thermal expansion characteristics.
  • the material of the first plate 14 may be a 36% nickel iron alloy or a 42% nickel iron alloy of chemical composition FeNi 36 or FeNi 42 , known for have a low coefficient of expansion.
  • the material of the second plate 15 may be an alloy of chemical composition MnCui 8 Nii 0 or FeNi 20 Mn 6 having a coefficient of thermal expansion greater than the material of the first plate 14.
  • FIG. 6 is presented a first curve 18 indicating the deflection D of a bimetallic strip consisting of a pair FeNi 36 / MnCUi 8 Ni 10 as a function of the temperature of the bimetal.
  • a second curve 19 indicates the deflection A of a bimetallic strip made up of a FeNi 36 / Fe Ni 20 Mn 6 pair.
  • the deflection D is given here for an arbitrary length of bimetallic strip of 10 cm, unrealistic length in the case of an implantation in an intake manifold, but which nevertheless makes it possible to show through these two examples that the bimetallic strips have a range of linearity in a temperature range up to 300 'which is compatible, as shown in Figures 3 and 4 with the temperature range seen in an intake manifold.
  • the deflection of the bimetallic strip 13 can be limited by only partially covering the second plate 15 by the first plate 14.
  • embodiment part of the free side of the bimetal 13 does not include a plate 14.
  • the portion of the second plate not covered by the first plate 14 will not deform under the effect of temperature and then remains straight.
  • an additional deflector 20 is advantageously disposed on the side of the bimetallic strip 13 placed downstream of the flow of the intake fluid, that is to say at the free end of the bimetallic strip 13 in order to improve the deflection efficiency of the intake fluid by increasing the deflection surface.
  • the additional deflector 20 is provided curved so as to marry the shape of the intake manifold 6 when the bimetallic strip 13 is rectilinear.
  • FIG. 8 shows a first arrangement of rectangular bimetallic strips 21.
  • the bimetallic strips 21 are substantially rectilinear and do not interfere with the passage of the intake fluid to allow optimized filling of the cylinder 1.
  • the bimetallic strips 21 bend and overlap to block a portion of the passage section of the intake manifold and thus divert the intake fluid in the direction of the upper surface 1 1 so as to contribute to intensify the swirling movement of "tumble" in the cylinder 1.
  • This overlapping arrangement has the advantage of ensuring the deflection of the entire intake fluid to the unobstructed portion of the intake manifold 6.
  • FIG. 9 shows a second arrangement of substantially triangular bimetallic strips 22.
  • This second arrangement differs from the previous arrangement in that in the low load position FC, because of the high temperature in the intake manifold, the bimetallic strips 21 are curved to allow to block a portion of the passage section of the intake manifold but do not overlap.
  • This non-overlapping arrangement has the additional advantage over the previous arrangement of avoiding providing at the design a folding order of each of the bimetals.
  • the engine being designed with two intake manifolds shaped to generate a basic swirling movement of type
  • "Swirl" bimetallic strips are arranged in only one of the two pipes, so as to completely or partially obscure the passage of the intake fluid in said tubing during the backflow of the burnt gases to the inlet, so as to force the passage of the intake fluid preferentially to the unobstructed tubing and to promote the appearance of a "swirl" movement for the low load engine operating points.
  • the invention is not limited either to the gasoline engine with homogeneous combustion, in fact, it can be applied to gasoline and diesel stratified engines (or the homogeneous diesel engine and other engines CNG, etc.).
  • the usual compromise on the choice of the intake manifold geometry between a geometry favoring low load aerodynamics and a geometry favoring high load filling is no longer necessary.
  • the intake manifold 6 may be provided at the design with a geometry favoring the filling with high load and the invention will provide the required vortex level of motion at low load.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de contrôle d'écoulement d'un fluide d'admission pour un moteur à combustion interne comportant une chambre de combustion (4) reliée à au moins une tubulure (6) d'admission avec une portion terminale (A) courbe débouchant dans la chambre de combustion (4) par un orifice (7) d'admission, un bilame (13) apte à se déformer en fonction de sa température pour dévier le fluide d'admission et disposé dans la portion terminale (A) en amont de l'orifice (7) d'admission, caractérisé en ce que la déformation du bilame (13) est causée par la variation de sa température sous l'effet d'un apport de chaleur apportée par des gaz brûlés provenant de la chambre de combustion (4) et remontant dans la tubulure (6) d'admission. L'invention a aussi pour objet un moteur pour la mise en œuvre dudit procédé.

Description

Procédé de contrôle d'écoulement d'un fluide d'admission pour un moteur à combustion interne et moteur pour la mise en œuvre dudit procédé.
Domaine technique de l'invention
L'invention concerne les moteurs à combustion interne, et plus particulièrement le contrôle de l'écoulement de l'air à l'admission.
Arrière-plan technologique
Les contraintes sur les normes européennes et internationales sur les émissions de polluants et de gaz à effet de serre devenant de plus en plus sévères, il est plus que jamais indispensable de rechercher de nouvelles voies pour limiter les émissions à la source des moteurs à combustion interne. Au cœur de cette problématique, le système de combustion et son environnement (aérodynamique, système d'injection...) doivent relever de nouveaux challenges en terme d'efficacité et de contrôle.
Dans le cas des moteurs à combustion interne, cette efficacité est fortement influencée par un meilleur contrôle de la préparation du mélange et des structures aérodynamiques de l'écoulement. La combustion, sa tolérance aux mélanges fortement dilués ou pauvres et la réduction des émissions à l'échappement se trouvent alors directement liées à la faculté de maîtriser ces processus.
Pour arriver à de tels résultats, il est connu de générer une forte turbulence dans les chambres de combustion. Pour ce faire on crée dans le cylindre moteur un mouvement tourbillonnaire dit de «tumble» dont l'axe de rotation principal est sensiblement perpendiculaire à celui du cylindre moteur ou encore un mouvement tourbillonnaire dit de « swirl » dont l'axe de rotation est sensiblement autour de l'axe longitudinal du cylindre moteur.
De nombreux dispositifs ont été proposés pour créer et / ou intensifier ces mouvements tourbillonnaires.
Parmi ces dispositifs, on connait du document JP59120718 un dispositif de contrôle de mouvement tourbillonnaire de type « swirl » pour un moteur à combustion interne. Le dispositif comprend un élément bimétallique ou bilame disposé sensiblement affleurant le long de la partie terminale d'une tubulure d'admission, à proximité d'un orifice d'admission débouchant dans la chambre de combustion du moteur. Le contrôle du mouvement tourbillonnaire est assuré par la déformation de l'élément bimétallique. Dans ce dispositif, la déformation est provoquée en faisant passer un courant électrique dans l'élément bimétallique afin de le faire monter en température par effet Joule et d'occasionner ainsi la dilatation des éléments métalliques. Cependant, un tel dispositif nécessite un pilotage externe et occasionne une dépense énergétique supplémentaire pour le chauffage électrique de l'élément bimétallique.
L'invention a pour but de pallier les inconvénients de l'état de la technique antérieur en proposant nouveau procédé de contrôle d'écoulement du fluide d'admission plus simple à mettre en œuvre et plus économique.
La présente invention a pour objet un procédé de contrôle d'écoulement d'un fluide d'admission pour un moteur à combustion interne comportant une chambre de combustion reliée à au moins une tubulure d'admission avec une portion terminale courbe débouchant dans la chambre de combustion par un orifice d'admission, un bilame apte à se déformer en fonction de sa température pour dévier le fluide d'admission et disposé dans la portion terminale en amont de l'orifice d'admission, caractérisé en ce que la déformation du bilame est causée par la variation de sa température sous l'effet d'un apport de chaleur apportée par des gaz brûlés provenant de la chambre de combustion et remontant dans la tubulure d'admission. Il est en effet apparu que les gaz brûlés remontant dans la tubulure d'échappement, à l'occasion plus particulièrement de la phase de croisement de soupapes élevaient la température dans la tubulure d'admission et que cette élévation de température pouvait être directement mise à profit pour commander la déformation d'un bilame dans le but d'influencer l'intensité du mouvement tourbillonnaire de base imprimé par la conformation géométrique de la tubulure d'admission.
De façon préférentielle, pour des points de fonctionnement moteur fortement chargés, le bilame est déformé de manière à être sensiblement affleurant à la tubulure d'admission pour favoriser le remplissage de la chambre de combustion. En effet, il est nécessaire pour les points fortement chargés de maximiser le remplissage pour atteindre la performance cible du moteur.
De façon préférentielle, pour des points de fonctionnement moteur faiblement chargés, le bilame est déformé de manière à masquer une partie de la section de passage de la tubulure et causer une déviation du fluide d'admission dans ladite tubulure. En effet, il est nécessaire pour les points faiblement chargés d'augmenter l'aérodynamique pour accélérer la combustion réduire la consommation et les émissions de polluants. Par ailleurs, l'invention a aussi pour objet un moteur à combustion interne comportant au moins une tubulure d'admission d'un fluide d'admission avec une portion terminale courbe débouchant dans une chambre de combustion par un orifice d'admission, le moteur comprenant de plus un bilame apte à se déformer en fonction de sa température pour dévier le fluide d'admission et disposé dans la portion terminale courbe et relié du coté du bilame placé en amont de l'écoulement du fluide d'admission par un moyen de fixation, caractérisé en ce qu'il comprend un isolant thermique disposé entre le bilame et la tubulure d'admission. De cette manière, en limitant les échanges thermiques avec la matière de la tubulure, la température du bilame est essentiellement la résultante de la chaleur apportée par les gaz circulant dans la tubulure d'admission.
Par ailleurs, le moteur selon l'invention peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : De façon préférentielle, le moteur met en œuvre le procédé de l'invention.
De façon préférentielle, l'isolant thermique est maintenu entre le bilame et la tubulure par le moyen de fixation. De façon avantageuse, le moyen de fixation est dans un matériau isolant thermiquement. De cette manière, on évite un pont thermique entre la tubulure et le bilame.
De façon avantageuse, le moyen de fixation est une vis, pour des raisons de d'économie et de simplicité technique.
De façon avantageuse, le bilame comprend un déflecteur additionnel disposé du coté du bilame placé en aval de l'écoulement du fluide d'admission. En effet, on augmente ainsi la surface de déflexion du fluide d'admission et l'efficacité du dispositif.
Brève description des dessins
D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles :
- La figure 1 est une représentation schématique d'un moteur à combustion interne doté d'un dispositif de contrôle d'écoulement par bilame. - La figure 2 est un tableau présentant la température moyenne dans la tubulure d'admission mesurée en fonction de conditions de régime et de charge moteur déterminées.
- La figure 3 est un tableau présentant la température moyenne dans la tubulure d'admission mesurée en fonction de conditions de régime, de charge moteur et de taux d'EGR.
- La figure 4 représente, en coupe transversale, un détail d'implantation du bilame dans la tubulure d'admission, le bilame étant rectiligne pour une température moyenne dans la tubulure d'admission faible.
- La figure 5 représente, en coupe transversale, un détail d'implantation du bilame dans la tubulure d'admission, le bilame étant recourbé pour une température moyenne dans la tubulure d'admission élevée.
- La figure 6 est un tableau indiquant un ordre de grandeur de la déflexion d'un bilame de 100 mm en fonction de la température dudit bilame, pour deux types de bilame.
- La figure 7 est une représentation schématique d'une variante de bilame auquel est joint à son extrémité libre un déflecteur additionnel.
- La figure 8 présente un premier agencement d'une pluralité de bilames rectangulaires
- La figure 9 présente un second agencement d'une pluralité de bilames sensiblement triangulaires.
Description détaillée
Sur la figure 1 est présenté un moteur à combustion interne comprenant au moins un cylindre 1 d'axe longitudinal XX, fermé en partie supérieure par une culasse 2. A l'intérieur de ce cylindre est logé un piston 3 qui permet de délimiter une chambre de combustion 4 formée par la paroi latérale du cylindre 1 , la partie de la culasse 2 en regard du piston 3 ainsi que la partie supérieure dudit piston 3 et à l'intérieur de laquelle est admis un fluide pour réaliser la combustion d'un mélange carburé. Le moteur comprend également des moyens d'admission 5, généralement porté par la culasse 2, qui comprennent au moins une tubulure d'admission 6 débouchant par un orifice 7 dans la chambre de combustion 4. Au niveau de l'orifice 7 est placé en outre, inséré dans la culasse 2, un siège de soupape 8 dont l'alésage central correspond à l'orifice 7 et qui est utilisé avec une soupape d'admission dont seul l'axe général 9 est représenté sur la figure 1 pour des raisons de clarté. La tubulure d'admission 6 présente une portion terminale A courbe. Cette portion comprend ainsi un intrados 10 proche du cylindre et un extrados 1 1 opposé à l'intrados. De plus, le moteur est doté de moyens d'échappement comprenant au moins une soupape d'échappement, dont seul le trait d'axe général 12 est représenté sur la figure 1 pour des raisons de clarté, qui permettent d'évacuer les gaz brûlés contenus dans la chambre de combustion 4.
La conformation courbe la portion terminale A de la tubulure 6 d'admission permet d'introduire le fluide d'admission dans la chambre de combustion 4 d'une manière telle que ce fluide y ait un mouvement circulaire autour d'un axe de rotation YY qui est sensiblement perpendiculaire à celui XX du cylindre du moteur. Ce mouvement tourbillonnaire est mieux connu par le terme de « tumble ».
Le fluide admis dans la chambre de combustion 4 peut aussi bien être un air suralimenté ou non suralimenté introduit par la tubulure 6 pour y être ensuite mélangé avec un carburant qu'un mélange carburé à base carburant mélangé avec de l'air suralimenté ou non, éventuellement additionnés de gaz brûlés recirculés.
Conformément à l'invention, la tubulure d'admission 6 porte à proximité de son orifice 7, un bilame 13. On entend par bilame un élément constitué de deux plaques liées solidairement par une face. Ces deux plaques sont constituées de matériaux présentant des dilatations thermiques différentes. Ainsi, quand la température du bilame 13 augmente, celui-ci se courbe du coté du matériau présentant la dilatation la plus faible. Le bilame 13 est proche de l'orifice 7 afin d'avoir un effet notable sur la déviation de l'écoulement. Dans le cas d'un moteur à combustion interne à essence et à combustion homogène, ce type de moteur contrôle sa charge d'air admis grâce à un papillon disposé dans la ligne d'admission, non représenté ici, en amont de la tubulure 6 d'admission. Ce papillon crée une perte de charge qui contrôle la quantité d'air admise dans le cylindre 1 à chaque cycle moteur.
Sur des points de fonctionnement du moteur à faible charge, le papillon est fermé pour faire baisser la pression dans la ligne d'admission et limiter la quantité d'air dans le moteur. Sur les points de faible charge, la pression dans la ligne d'admission est inférieure à la pression atmosphérique et, a fortiori, inférieure à la pression qui règne dans la ligne d'échappement. A titre indicatif la pression dans la ligne d'admission est alors comprise entre 0,3 et 1 bar. Sur des points de fonctionnement du moteur à forte charge, le papillon est pleinement ouvert et les pressions peuvent même dépasser la pression atmosphérique si le moteur est suralimenté ou acoustiquement adapté. Un tel moteur à combustion interne à essence est caractérisé en outre par une phase dite de croisement de soupapes, c'est-à-dire qu'il se trouve quelques instants au cours d'une phase d'échappement du cycle moteur pendant lesquels les soupapes d'admission et d'échappement sont ouvertes simultanément. Cette phase de croisement de soupapes favorise le balayage des gaz brûlés en fin d'échappement pour les points de fonctionnement les plus chargés. Cette phase de croisement induit également un flux de retour (désigné généralement par l'expression anglo-saxonne de « back flow ») des gaz brûlés dans la tubulure 6 d'admission pour les points de faible charge où la pression à l'admission est inférieure à la pression régnant dans la chambre 4 de combustion. Ces gaz brûlés chauds remontent dans la tubulure 6 d'admission tant qu'il y a croisement des soupapes, puis sont réadmis quand la soupape d'échappement se ferme.
Des calculs monodimensionnels recalés sur des essais réalisés sur un moteur à essence monocylindre ont permis de montrer que ce phénomène de retour des gaz brûles pendant la phase de croisement de soupapes induit une élévation de la température moyenne dans la tubulure d'admission 6 car il y a un va et vient de gaz brûlés avant l'admission d'air frais.
La figure 2 présente la température moyenne mesurée dans la tubulure 6 d'admission en fonction du régime N du moteur, exprimé en tour/minutes et de la charge C du moteur représentée classiquement par la PMI (Pression Moyenne Indiquée) exprimée en bar.
Il apparait que cette élévation de température est de plusieurs dizaines de degrés en moyenne sur les points de faible charge. A titre d'exemple pris de la figure 2, l'élévation de température est, de 500C entre un premier point de fonctionnement moteur à 5 bar de PMI et un second point à 2,8 bar de PMI, à 2000 tr/min. A plus forte charge, l'élévation de température est moindre comme le montre la figure où l'élévation de température est seulement de δ'O entre un premier point de fonctionnement moteur à 20 bar de PMI et un second point à 15 bar de PMI, à 2000 tr/min. Dans une variante non représentée où le moteur comprend de plus un dispositif de recirculation des gaz brûlés ou EGR (pour l'acronyme de l'expression anglo-saxonne Exhaust Gas Recirculation), une partie des gaz brûlés évacués à l'échappement étant prélevés pour être réinjectés à l'admission, on note que, comme le montre la figure 3, l'ajout de gaz EGR tend à réduire la température moyenne dans la tubulure d'admission. En effet, l'ajout de gaz EGR tend à limiter l'ouverture du papillon et augmente la pression d'admission. Cette augmentation de pression d'admission réduit le « backflow » des gaz brûlés lors du croisement des soupapes et réduit par là même la température moyenne dans la tubulure 6 d'admission. Ainsi, à titre d'exemple, on observe sur un point de fonctionnement à 2000 tr/min et à PMI constante de 2,8 bar une réduction de 300C pour un passage d'un taux de gaz EGR nul à un taux de 20%. On découvre ainsi une corrélation entre la température moyenne dans la tubulure 6 d'admission et la charge du moteur. En effet, à mesure que la charge augmente, la pression d'admission augmente, le flux de retour de gaz brûlés chauds diminue, et par conséquent, la température moyenne dans la tubulure 6 d'admission diminue. De plus, il existe une corrélation entre la charge du moteur et les besoins en aérodynamique : sur les points à faibles charge, il est besoin d'augmenter l'aérodynamique pour accélérer la combustion, tandis que sur les points de forte charge, il est nécessaire de maximiser le remplissage pour atteindre la performance du moteur. II est alors apparu que cette corrélation entre la température moyenne dans la tubulure 6 d'admission, la charge du moteur et les besoins aérodynamiques associés est une opportunité pour proposer un moyen judicieux, simple et efficace apte à adapter automatiquement l'aérodynamique de l'écoulement du fluide d'admission dans le cylindre 1 au point de fonctionnement moteur.
Les figures 4 et 5 présentent schématiquement un détail de l'implantation du bilame 13 dans la tubulure 6 d'admission du coté de l'intrados 10 de ladite tubulure. Le bilame 13 est formé d'une première plaque 14 liée solidairement à une seconde plaque 15. Les deux plaques 14, 15 sont constituées de matériaux présentant des dilatations thermiques différentes, le matériau de la première plaque 14 ayant une dilatation thermique inférieure à celle du matériau de la seconde plaque 15. Le fluide d'admission s'écoulant dans la direction de la flèche F vers la chambre de combustion 4, le bilame 13 est fixé à la tubulure 6 d'admission par un moyen de fixation 16, tel qu'une vis comme schématisé sur la figure 4 ou la figure 5, du coté placé en amont de l'écoulement, son coté placé en aval de l'écoulement restant libre. Ainsi la déformation du bilame 13 est causée par la variation de sa température sous l'effet d'un apport de chaleur apportée par des gaz brûlés provenant de la chambre de combustion 4 et remontant dans la tubulure 6 d'admission. Avantageusement, pour les points de fonctionnement faiblement chargés, c'est-à-dire quand la température moyenne dans la tubulure d'admission est élevée (figure 5), le bilame 13 est déformé de manière à masquer une partie de la section de passage de la tubulure et causer une déviation du fluide d'admission dans ladite tubulure. Plus précisément, le bilame 13 est implanté de façon à orienter le fluide d'admission en direction de l'extrados 1 1 de la tubulure 6,
Pour les points de fonctionnement moteur fortement chargés (figure 4), c'est-à-dire quand la température moyenne dans la tubulure d'admission est plus basse, et afin de ne pas gêner l'écoulement en créant une perte de charge, le bilame 13 doit de préférence respecter au mieux la forme de la tubulure 6 d'admission et est déformé de manière à être sensiblement affleurant à ladite tubulure. On favorise ainsi le remplissage de chambre de combustion 4. A cet effet, il est prévu que le bilame 13 soit disposé dans un logement 23 prévu dans la tubulure 6 d'admission (figure 4). Par ailleurs, la tubulure 6 d'admission fait généralement partie de la culasse 2 qui est elle- même refroidie par une circulation de liquide de refroidissement. Or, le bilame 13 se doit d'être essentiellement sensible à la température moyenne du fluide d'admission dans la tubulure 6 d'admission. Afin d'isoler thermiquement le bilame 13 d'un refroidissement par conduction provenant de la paroi de la tubulure 6 d'admission, de préférence, il est prévu un isolant 17 thermique disposée entre la tubulure 6 d'admission et le bilame 13.
L'isolant thermique peut être un élément mince tel qu'une rondelle plate en plastique.
Pour des raisons de simplicité de montage, l'isolant thermique 17 est de préférence maintenu entre le bilame 13 et la tubulure 6 par le moyen de fixation 16. Dans le mode de réalisation illustré en figure 4 et 5, l'isolant 17 thermique est traversé par le moyen 16 de fixation.
Préférentiellement le moyen de fixation est une vis de fixation. D'autres moyens de fixation peuvent aussi être envisagé tel qu'un rivet, une colle, un point de soudure...). Avantageusement, le moyen de fixation 16 est dans un matériau isolant thermiquement tel qu'un plastique, polymère ou un composite résistant à des températures de l'ordre de 200 à 300 0C. On limite encore plus les échanges thermiques entre le bilame 13 et la tubulure 6 d'admission.
En ce qui concerne le montage et la fixation du bilame 13 sur la tubulure 6 d'admission, on peut prévoir de faire un perçage dans la tubulure 6 d'admission ou de laisser un trou de fonderie pour permettre le passage et le positionnement du bilame 13 et de son isolant thermique 17, ainsi que la solidarisation à la tubulure par le moyen de fixation 16, puis de refermer ce trou de construction après montage du bilame 13.
Les principaux avantages de l'invention est que le bilame est un organe mécanique fiable et robuste qui fait office à la fois de contrôleur, d'actionneur et d'élément fonctionnel. II existe pour la constitution d'un bilame une grande diversité de matériaux tels que des métaux ou des alliages avec un large choix dans les caractéristiques de dilatations thermiques.
A titre d'exemple non exhaustif de réalisation, le matériau de la première plaque 14 peut être un alliage de fer à 36 % de nickel ou un alliage de fer à 42 % de nickel de composition chimique type FeNi36 ou FeNi42, connus pour présenter un bas coefficient de dilatation. Le matériau de la seconde plaque 15 peut être un alliage de composition chimique MnCui8Nii0 ou FeNi20Mn6 présentant un coefficient de dilatation thermique supérieur au matériau de la première plaque 14.
Sur la figure 6 est présenté une première courbe 18 indiquant la déflexion D d'un bilame constitué d'un couple FeNi36/ MnCUi8Ni10 en fonction de la température du bilame. Une deuxième courbe 19 indique la déflexion A d'un bilame constitué d'un couple FeNi36/ Fe Ni20Mn6. La déflexion D est donnée ici pour une longueur arbitraire de bilame de 10 cm, longueur irréaliste dans le cas d'une implantation dans une tubulure d'admission, mais qui permet tout de même de montrer à travers ces deux exemples que les bilames présentent un domaine de linéarité dans une plage de température s'étendant jusque 300 'O ce qui est compatible, comme le montre les figures 3 et 4 avec la gamme de température vue dans une tubulure d'admission.
Dans une variante non représentée, la déflexion du bilame 13 peut être limitée en ne recouvrant que partiellement la seconde plaque 15 par la première plaque 14. Dans ce mode de réalisation la partie du coté libre du bilame 13 ne comporte pas de plaque 14. La partie de la seconde plaque non recouverte par la première plaque 14 ne va pas se déformer sous l'effet de la température et reste alors rectiligne. Dans un autre mode de réalisation illustré par la figure 7, un déflecteur additionnel 20 est avantageusement disposé du coté du bilame 13 placé en aval de l'écoulement du fluide d'admission, c'est-à-dire à l'extrémité libre du bilame 13, afin d'améliorer l'efficacité de déviation du fluide d'admission par une augmentation de la surface de déviation. Le déflecteur additionnel 20 est prévu courbe de manière à épouser au mieux la forme de la tubulure 6 d'admission quand le bilame 13 est rectiligne.
Dans un autre mode de réalisation, illustré par la figure 8, la déviation du fluide d'admission est réalisée par la coopération d'une pluralité de bilames. La figure 8 présente un premier agencement de bilames rectangulaires 21. En position à forte charge, indiqué par la référence PC, en raison de la température faible dans la tubulure d'admission, les bilames 21 sont sensiblement rectilignes et ne gênent pas le passage du fluide d'admission afin de permettre un remplissage optimisé du cylindre 1. En position à faible charge, indiqué par la référence FC, en raison de l'élévation de la température dans la tubulure d'admission, les bilames 21 se courbent et se chevauchent pour bloquer une partie de la section de passage de la tubulure d'admission et ainsi dévier le fluide d'admission dans la direction de l'extrados 1 1 de manière à contribuer à intensifier le mouvement tourbillonnaire de « tumble » dans le cylindre 1. Cet agencement avec chevauchement a pour avantage d'assurer la déviation de l'ensemble du fluide d'admission vers la partie non occultée de la tubulure d'admission 6.
La figure 9 présente un second agencement de bilames sensiblement triangulaires 22. Ce second agencement diffère du précédent en ce qu'en position à faible charge FC, en raison de la température élevée dans la tubulure d'admission, les bilames 21 sont courbes pour permettre de bloquer une partie de la section de passage de la tubulure d'admission mais ne se chevauchent pas. Cet agencement sans chevauchement à pour avantage supplémentaire par rapport à l'agencement précédent d'éviter de prévoir à la conception un ordre de repliement de chacun des bilames.
Dans une variante non représentée, le moteur étant conçu avec deux tubulures d'admission conformées pour générer un mouvement tourbillonnaire de base de type
« swirl », les bilames sont disposés dans une seule des deux tubulures, de manière à occulter en totalité ou partiellement le passage du fluide d'admission dans ladite tubulure lors du backflow des gaz brûlés vers l'admission, de façon à forcer le passage du fluide d'admission préférentiellement vers la tubulure non occultée et favoriser l'apparition d'un mouvement de « swirl » pour les points de fonctionnement moteur faiblement chargés. L'invention ne se limite pas non plus au moteur essence à combustion homogène, en effet, elle peut s'appliquer aux moteurs stratifiés essence et Diesel (ou au moteur homogène Diesel et autres moteurs GNV, etc.)
En utilisant cette invention, le compromis habituel sur le choix de la géométrie de la tubulure d'admission entre une géométrie privilégiant l'aérodynamique à faible charge et une géométrie privilégiant le remplissage à forte charge n'a plus lieu d'être. En effet la tubulure 6 d'admission peut être prévue à la conception avec une géométrie privilégiant le remplissage à forte charge et l'invention permettra d'assurer le niveau de mouvement tourbillonnaire requis à faible charge.

Claims

Revendications
1 . Procédé de contrôle d'écoulement d'un fluide d'admission pour un moteur à combustion interne comportant une chambre de combustion (4) reliée à au moins une tubulure (6) d'admission avec une portion terminale (A) courbe débouchant dans la chambre de combustion (4) par un orifice (7) d'admission, un bilame (13) apte à se déformer en fonction de sa température pour dévier le fluide d'admission et disposé dans la portion terminale (A) en amont de l'orifice (7) d'admission, caractérisé en ce que la déformation du bilame (13) est causée par la variation de sa température sous l'effet d'un apport de chaleur apportée par des gaz brûlés provenant de la chambre de combustion (4) et remontant dans la tubulure (6) d'admission.
2. Procédé de contrôle d'écoulement selon la revendication 1 , caractérisé en ce que pour des points de fonctionnement moteur fortement chargés, le bilame (13) est déformé de manière à être sensiblement affleurant à la tubulure (6) d'admission pour favoriser le remplissage de la chambre de combustion (4).
3. Procédé de contrôle d'écoulement selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que pour des points de fonctionnement moteur faiblement chargés, le bilame (13) est déformé de manière à masquer une partie de la section de passage de la tubulure (6) et causer une déviation du fluide d'admission dans ladite tubulure.
4. Moteur à combustion interne comportant au moins une tubulure (6) d'admission d'un fluide d'admission avec une portion terminale courbe (A) débouchant dans une chambre de combustion (4) par un orifice (7) d'admission, le moteur comprenant de plus un bilame (13) apte à se déformer en fonction de sa température pour dévier le fluide d'admission et disposé dans la portion terminale (A) courbe et relié du coté du bilame (13) placé en amont de l'écoulement du fluide d'admission par un moyen de fixation (16), caractérisé en ce qu'il comprend un isolant (17) thermique disposé entre le bilame (13) et la tubulure (6) d'admission.
5. Moteur à combustion interne selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il met en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.
6. Moteur à combustion interne selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que l'isolant (17) thermique est maintenu entre le bilame (13) et la tubulure (6) par le moyen de fixation (16).
7. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le moyen de fixation (16) est dans un matériau isolant thermiquement.
8. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le moyen de fixation (16) est une vis.
9. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que le bilame (13) comprend un déflecteur (20) additionnel disposé du coté du bilame (13) placé en aval de l'écoulement du fluide d'admission.
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