FR3060654A1 - Dispositif de variation de rapport volumetrique et module d’admission d’air correspondant - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de variation du rapport volumétrique (21) d'un moteur à combustion interne (3) de véhicule automobile, ledit dispositif (21) étant configuré pour être relié à la culasse (5) dudit moteur (3). Selon l'invention, ledit dispositif (21) comporte : - un nombre prédéfini de chemises à volume variable (23), chaque chemise à volume variable (23) étant configurée pour être en communication fluidique avec une chambre de combustion (15) d'un cylindre (7) associé dudit moteur (3), et - un moyen de modification (25) du volume desdites chemises (23), entre au moins un premier volume et un deuxième volume. L'invention concerne également un module d'admission d'air (1) comportant un tel dispositif (21).
Description
© N° de publication : 3 060 654 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)
©) N° d’enregistrement national : 16 62476 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE
COURBEVOIE
©) Int Cl8 : F 02 D 15/04 (2017.01), F 02 M 35/104
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1
| ©) Date de dépôt : 15.12.16. | © Demandeur(s) : VALEO SYSTEMES THERMIQUES |
| (30) Priorité : | Société par actions simplifiée — FR. |
| ©) Inventeur(s) : ODILLARD LAURENT. | |
| @) Date de mise à la disposition du public de la | |
| demande : 22.06.18 Bulletin 18/25. | |
| (56) Liste des documents cités dans le rapport de | |
| recherche préliminaire : Se reporter à la fin du | |
| présent fascicule | |
| (© Références à d’autres documents nationaux | ©) Titulaire(s) : VALEO SYSTEMES THERMIQUES |
| apparentés : | Société par actions simplifiée. |
| ©) Demande(s) d’extension : | @) Mandataire(s) : VALEO SYSTEMES THERMIQUES. |
104) DISPOSITIF DE VARIATION DE RAPPORT VOLUMETRIQUE ET MODULE D'ADMISSION D'AIR CORRESPONDANT.
FR 3 060 654 - A1 _ L'invention concerne un dispositif de variation du rapport volumétrique (21) d'un moteur à combustion interne (3) de véhicule automobile, ledit dispositif (21) étant configuré pour être relié à la culasse (5) dudit moteur (3).
Selon l'invention, ledit dispositif (21) comporte:
- un nombre prédéfini de chemises à volume variable (23), chaque chemise à volume variable (23) étant configurée pour être en communication fluidique avec une chambre de combustion (15) d'un cylindre (7) associé dudit moteur (3), et
- un moyen de modification (25) du volume desdites chemises (23), entre au moins un premier volume et un deuxième volume.
L'invention concerne également un module d'admission d'air (1 ) comportant un tel dispositif (21 ).
-1Dispositif de variation de rapport volumétrique et module d’admission d’air correspondant
La présente invention s’applique au domaine des moteurs à combustion interne de véhicules automobiles. L’invention concerne en particulier un dispositif de variation du rapport volumétrique d’un moteur à combustion interne et un module d’admission d’air pour moteur à combustion interne correspondant.
L’invention vise plus particulièrement les moteurs multicylindres. Les moteurs concernés par l’invention sont notamment à allumage commandé (moteurs à essence). L’invention peut s’appliquer aux moteurs à allumage par compression (moteurs Diesel).
Les moteurs peuvent être suralimentés ou alimentés à la pression atmosphérique. À cet effet, un module d’admission d’air permet d’alimenter les cylindres du moteur en gaz d’admission. Les gaz admis dans la chambre de combustion, dans laquelle un mélange de comburant et de carburant est brûlé pour générer le travail du moteur, sont dénommés gaz d’admission.
De manière habituelle, un moteur fonctionne avec la totalité de ses cylindres suivant un cycle connu comprenant les phases suivantes d’admission, de compression, de combustion/détente et d’échappement. Ce cycle est caractérisé par son rendement.
Classiquement, un moteur fonctionne avec un taux de compression fixe. Ce taux de compression est égal au rapport volumétrique entre le volume de la chambre de combustion de chaque cylindre du moteur dans laquelle se déplace un piston, lorsque ce piston est au point mort bas (après la phase d’admission) et lorsque le piston est au point mort haut (en fin de compression avant le début de la combustion). Le rapport volumétrique ou taux de compression fixe est défini par un compromis entre le rendement du moteur et la limite de cliquetis imposée par les caractéristiques du carburant.
En effet, les moteurs à allumage commandé sont sujets à des phénomènes de cliquetis, et lors d’un phénomène de cliquetis, une combustion beaucoup plus rapide qu’à la normale du mélange gaz/carburant a pour conséquence des pics de pression dans la chambre de combustion, ce qui génère du bruit. Généralement le carburant est choisi avec un indice d’octane suffisant de façon à limiter le phénomène de cliquetis.
En outre, le rendement du moteur augmente avec son taux de compression ou
-2rapport volumétrique. Or, pour les moteurs à allumage commandé, avec un fort taux de compression ou rapport volumétrique, le risque de cliquetis augmente. Le taux de compression ou rapport volumétrique est en conséquence choisi le plus faible possible pour réduire les cliquetis.
Par ailleurs, dans le domaine automobile, un moteur présente une grande plage de fonctionnement en termes de régimes de rotation et de charges moteur. Cependant, le taux de compression ou rapport volumétrique choisi est adapté pour un point de fonctionnement donné dimensionné notamment en fonction du risque de cliquetis, et peut s’avérer inadapté pour d’autres points de fonctionnement. Ainsi, il en résulte que le rendement moteur n’est pas optimal sur l’ensemble de la plage de fonctionnement du moteur, notamment à faible régime, faible charge.
Afin de remédier à la perte de rendement moteur sur certaines plages de fonctionnement, il a été proposé un taux de compression variable, aussi connu sous le sigle VCR en anglais pour « variable compression ratio », afin d’adapter le taux de compression à la valeur souhaitée.
Cependant, les solutions connues permettant une telle variation du taux de compression ou rapport volumétrique pendant le fonctionnement du moteur, sont de réalisation mécanique complexe et onéreuse. En effet, il est connu notamment de modifier la géométrie de l’équipage mobile, par exemple par une variation de hauteur du toit de piston, une modification de la longueur de bielle, un déplacement de l’axe du vilebrequin ou encore une modification de la hauteur de culasse, voire de rompre avec le schéma classique de bielle-manivelle pour intégrer un système en mouvement complexe avec engrenage.
De plus, le contrôle de la valeur du taux de compression ou rapport volumétrique est compliqué et peut dans certains cas ne pas être homogène d’un cylindre à l’autre, réduisant la fiabilité de ces solutions.
Par ailleurs, la conception des culasses actuelles ne permet pas d’intégrer au sein des culasses des dispositifs permettant de faire varier le volume de la chambre de combustion, sans impacter la conception de l’équipage mobile.
La présente invention se propose de remédier au moins partiellement aux inconvénients ci-dessus mentionnés en proposant un dispositif de variation du rapport volumétrique pour un moteur à combustion interne n’impactant pas la conception de
-3Γéquipage mobile sans être intégré au sein de la culasse, et qui soit fiable.
À cet effet l’invention a pour objet un dispositif de variation du rapport volumétrique d’un moteur à combustion interne de véhicule automobile, ledit dispositif étant configuré pour être relié à la culasse dudit moteur.
Selon l’invention ledit dispositif comporte : un nombre prédéfini de chemises à volume variable, chaque chemise à volume variable étant configurée pour être en communication fluidique avec une chambre de combustion d’un cylindre associé dudit moteur, et un moyen de modification du volume desdites chemises, entre au moins un premier volume et un deuxième volume, la variation du volume de chaque chemise à volume variable étant configurée pour entraîner une variation du rapport volumétrique du cylindre associé entre au moins un premier rapport volumétrique et un deuxième rapport volumétrique différents.
Ainsi, en modifiant le volume en communication fluidique avec la chambre de combustion de chaque cylindre, le rapport volumétrique des cylindres du moteur à combustion interne peut être adapté de façon simple et ainsi être plus en adéquation avec le régime et la charge moteur, tout en réduisant le risque de phénomène de cliquetis.
Ledit dispositif peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison :
le moyen de modification du volume comporte :
• pour chaque chemise à volume variable, un organe de contrôle de volume, et • au moins un actionneur des organes de contrôle de volume ; l’organe de contrôle de volume est un piston ;
l’organe de contrôle de volume est configuré pour être déplacé à l’intérieur de la chemise à volume variable associée entre :
• une première position, de façon à définir le premier volume de la chemise à volume variable, et • une deuxième position, de façon à définir le deuxième volume de la chemise à volume variable ;
-4le moyen de modification du volume comporte un unique actionneur pour l’ensemble des organes de contrôle de volume ;
l’actionneur comprend un actionneur hydraulique ;
l’actionneur comprend un actionneur pneumatique ;
l’actionneur comprend un moteur électrique ;
l’actionneur comprend une bobine électromagnétique ;
l’actionneur comprend un système de guidage au moins en partie par filetage ; le système de guidage comporte pour chaque organe de contrôle de volume, une roue dentée configurée pour entraîner l’organe de contrôle de volume associé, et une vis sans fin commune configurée pour entraîner l’ensemble des roues dentées ; les roues dentées présentent respectivement un filetage intérieur et les organes de contrôle de volume présentent respectivement un filetage extérieur correspondant configuré pour coopérer avec le filetage intérieur de la roue dentée associée ; l’actionneur comprend un système de guidage de type rampe hélicoïdale ; l’actionneur comprend un système de guidage par came et poussoir ;
l’actionneur comprend un système d’engrenages ;
l’actionneur comprend un système d’engrenages par l’intermédiaire duquel le moteur électrique est configuré pour entraîner le système de guidage ; chaque chemise à volume variable est configurée pour être reliée à un canal de mise en communication associé de la culasse, ledit canal étant configuré pour déboucher dans une chambre de combustion d’un cylindre associé dudit moteur ; chaque chemise à volume variable présente un orifice dans lequel le canal de mise en communication est configuré pour déboucher, et de diamètre compris entre 1mm et 5mm, de préférence inférieur ou égal à 4mm, de préférence encore inférieur ou égal à 3mm ;
chaque chemise à volume variable est configurée pour être reliée à un canal de mise en communication associé dans lequel un milieu poreux est agencé.
L’invention concerne également un module d’admission d’air pour moteur à combustion interne configuré pour être fixé à la culasse d’un moteur à combustion interne comprenant un nombre prédéfini de cylindres, ledit module étant configuré pour alimenter chaque cylindre dudit moteur en gaz d’admission.
-5Selon l’invention, le module d’admission d’air comporte en outre un dispositif de variation du rapport volumétrique dudit moteur tel que défini précédemment.
Ledit module d’admission d’air peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison :
le module d’admission d’air comporte un collecteur d’admission comportant un nombre prédéfini de conduits d’alimentation configurés pour alimenter respectivement en gaz d’admission un cylindre dudit moteur ;
ledit au moins un dispositif de variation du rapport volumétrique est au moins en partie intégré dans le collecteur d’admission ;
le collecteur d’admission comporte un nombre prédéfini de logements pour recevoir respectivement un organe de contrôle de volume du dispositif de variation du rapport volumétrique ;
le collecteur d’admission comporte ledit au moins un actionneur des organes de contrôle de volume du dispositif de variation du rapport volumétrique ; le module d’admission d’air comprend un échangeur thermique agencé en amont du collecteur d’admission selon le sens d’écoulement des gaz d’admission, l’échangeur thermique étant configuré pour refroidir les gaz d’admission avant répartition dans le collecteur d’admission.
L’invention porte également sur un moteur à combustion interne comportant une culasse et un nombre prédéfini de cylindres.
Selon l’invention, un dispositif de variation du rapport volumétrique tel que défini précédemment est rapporté sur la culasse dudit moteur.
Selon un aspect de l’invention, ledit dispositif comporte : le même nombre prédéfini de chemises à volume variable que de cylindres, chaque chemise à volume variable étant en communication fluidique avec une chambre de combustion d’un cylindre associé dudit moteur, et un moyen de modification du volume desdites chemises, entre au moins un premier volume et un deuxième volume, la variation du volume de chaque chemise à volume variable étant configurée pour entraîner une variation du rapport volumétrique du cylindre associé entre au moins un premier rapport volumétrique et un deuxième rapport volumétrique différents.
-6Selon un autre aspect de l’invention, la culasse présente pour chaque chemise à volume variable, un canal de mise en communication associé débouchant d’une part dans ladite chemise et d’autre part dans une chambre de combustion d’un cylindre associé dudit moteur.
Selon encore un autre aspect de l’invention, un module d’admission d’air tel que défini précédemment est fixé sur la culasse dudit moteur.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
- la figure 1 montre un module d’admission d’air comprenant un dispositif de variation de rapport volumétrique selon l’invention monté sur une culasse d’un moteur à combustion interne,
- la figure 2 est une vue en perspective du module d’admission d’air de la figure 1 sur laquelle on a ôté un couvercle du dispositif de variation de rapport volumétrique,
- la figure 3 est une vue en coupe d’un moteur à combustion interne montrant de façon schématique le dispositif de variation de rapport volumétrique relié à la culasse du moteur,
- la figure 4 est une vue en perspective d’un collecteur d’admission du module d’admission intégrant le dispositif de variation de rapport volumétrique représenté partiellement,
- la figure 5 est une vue en coupe montrant le collecteur d’admission intégrant le dispositif de variation de rapport volumétrique et relié à la culasse d’un moteur à combustion interne,
- la figure 6a montre de façon schématique un organe de contrôle du volume d’une chemise à volume variable du dispositif de variation de rapport volumétrique dans une première position,
- la figure 6b montre de façon schématique un organe de contrôle du volume d’une chemise à volume variable du dispositif de variation de rapport volumétrique dans une deuxième position,
- la figure 7 est une vue en perspective montrant le dispositif de variation de rapport volumétrique selon un premier exemple de réalisation relié à la culasse du moteur,
-7- la figure 8 montre un actionneur comprenant un moteur électrique et un système de guidage commun des organes de contrôle de volume du dispositif de variation de rapport volumétrique de la figure 7,
- la figure 9 est une vue en perspective montrant le dispositif de variation de rapport volumétrique selon un deuxième exemple de réalisation relié à la culasse du moteur,
- la figure 10 montre un système de guidage commun des organes de contrôle de volume du dispositif de variation de rapport volumétrique de la figure 9,
- la figure 11 montre de façon schématique un système de guidage de type rampe hélicoïdale des organes de contrôle de volume du dispositif de variation de rapport volumétrique, et
- la figure 12 montre de façon schématique un système de guidage par came et poussoir des organes de contrôle de volume du dispositif de variation de rapport volumétrique.
Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s’appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d’autres réalisations.
Dans la description, on peut indexer certains éléments, comme par exemple premier élément ou deuxième élément. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments proches mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément par rapport à un autre et on peut aisément interchanger de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps.
On a représenté sur les figures let 2 un module d’admission d’air 1 pour un moteur à combustion interne 3 de véhicule automobile (partiellement représenté sur les figures 1 et 3) comportant notamment une culasse 5 et un nombre prédéfini de cylindres 7. On parle généralement de moteur multicylindre.
Le module d’admission d’air 1 est destiné à être placé et fixé sur la culasse 5 du
-8moteur à combustion interne 3.
Ce module d’admission d’air 1 est configuré pour alimenter les cylindres 7 du moteur à combustion interne 3 en gaz d’admission, c'est-à-dire de l’air d’alimentation, ou de suralimentation, éventuellement mélangé avec des gaz d’échappement récupérés en sortie moteur, conformément à un procédé connu généralement sous le sigle EGR pour « Exhaust Gas Recirculation » en anglais.
Par la suite, on définit les termes « amont » et « aval » par rapport au sens d’écoulement des gaz d’admission dans le module d’admission d’air 1.
Le module d’admission d’air 1 comporte un collecteur d’admission 9 (voir figures 1 à 5). Le collecteur d’admission 9 comporte un nombre prédéfini de conduits d’alimentation 11 respectivement dédiés à chaque cylindre 7 du moteur à combustion interne 3 et permettant de répartir le flux de gaz d’admission dans les différents cylindres 7. Le collecteur d’admission 9 comporte donc autant de conduits d’alimentation 11 que le moteur à combustion interne 3 associé a de cylindres 7. Les conduits d’alimentation 11 du collecteur d’admission 9 sont destinés à se prolonger dans la culasse 5 (voir figures 3 et 5). Autrement dit les conduits d’alimentation 11 du collecteur d’admission 9 sont destinés à être en communication fluidique avec des conduits complémentaires 13 dans la culasse 5. Ces conduits complémentaires 13 débouchent respectivement dans une chambre de combustion 15 d’un cylindre 7 (figure 3), dans laquelle un piston (non représenté) est configuré pour se déplacer linéairement. Le collecteur d’admission 9 présente donc une partie d’interface avec la culasse 5, qui est donc une partie avale, désignée par la référence Ii sur les figures 2 et 4.
Selon les exemples de réalisation illustrés sur les figures 1 et 2, le module d’admission d’air 1 comporte également un collecteur d’entrée 17 alimenté en gaz d’admission par un système non représenté sur les figures.
Afin d’augmenter la densité de l’air d’admission d’un moteur turbocompressé, il est connu de refroidir l’air de suralimentation au moyen d’un échangeur thermique 19 du module d’admission d’air 1. Cet échangeur thermique 19 est généralement appelé refroidisseur d’air de suralimentation aussi connu sous l’acronyme «RAS». L’échangeur thermique 19 est agencé en amont du collecteur d’admission 9 selon le sens d’écoulement des gaz d’admission, et est donc traversé par les gaz d’admission avant d’arriver dans le collecteur d’admission 9. Le collecteur d’admission 9 présente
-9donc également dans cet exemple une partie formant interface avec l’échangeur thermique 19, qui est donc une partie amont, désignée par la référence I2 sur la figure 4.
L’invention vise plus particulièrement un dispositif de variation du taux de compression ou rapport volumétrique 21 du moteur à combustion interne 3. Le dispositif de variation du rapport volumétrique 21 est représenté de façon schématique sur les figures 3 et 6a, 6b.
Ce dispositif de variation du rapport volumétrique 21 est configuré pour être relié à la culasse 5 du moteur à combustion interne 3 (voir figure 3). Le dispositif de variation du rapport volumétrique 21 peut au moins en partie être intégré au module d’admission d’air 1, et plus particulièrement au collecteur d’admission 9.
Le rapport volumétrique est le rapport entre le volume d’une chambre de combustion 15 d’un cylindre 7, lorsque le piston (non représenté), destiné à se déplacer linéairement dans la chambre de combustion 15, est au point mort bas et lorsque le piston (non représenté) est au point mort haut. Le point mort bas correspond au point le plus bas de la course du piston (non représenté) dans le cylindre 7, c'est-à-dire lorsque le volume de la chambre de combustion 15 est le plus grand, ce qui correspond à la fin de la phase d’admission. Le point mort haut correspond au point le plus haut de la course du piston (non représenté) dans le cylindre 7, c'est-à-dire lorsque le volume de la chambre de combustion 15 est le plus faible, ce qui correspond au commencement du cycle moteur ou au moment de la compression maximum, avant le début de la combustion du mélange gaz/carburant.
En particulier, le dispositif de variation du rapport volumétrique 21 comporte : un nombre prédéfini de chemises à volume variable 23, chaque chemise à volume variable 23 étant configurée pour être en communication fluidique avec une chambre de combustion 15 d’un cylindre 7 associé du moteur à combustion interne 3, et un moyen de modification 25 du volume de ces chemises à volume variable 23.
Autrement dit, chaque chemise à volume variable 23 est ouverte sur une chambre de combustion 15 d’un cylindre 7 associé, partiellement représenté sur les figures 6a, 6b. Le volume destiné à être en communication fluidique avec la chambre de
-10combustion 15 du cylindre 7 associé avec cette chambre de combustion 15 est variable.
Le moyen de modification 25 du volume permet de faire varier le volume des chemises à volume variable 23 en communication fluidique avec la chambre de combustion 15 entre au moins un premier volume et un deuxième volume.
La figure 6a montre de façon schématique la chemise à volume variable 23 avec un premier volume destiné à être en communication fluidique avec une chambre de combustion 15 correspondante, qui est un volume minimum, voire nul.
Sur la figure 6b, la chemise à volume variable 23 présente un deuxième volume destiné à être en communication fluidique avec la chambre de combustion 15 correspondante, qui est un volume maximum.
La variation du volume de chaque chemise à volume variable 23 entraîne une variation du rapport volumétrique du cylindre 7 associé entre au moins un premier rapport volumétrique et un deuxième rapport volumétrique différents. En effet, si le volume destiné à être ouvert sur la chambre de combustion 15 associée augmente dans la chemise à volume variable 23, ce volume vient s’ajouter au volume de la chambre de combustion 15, diminuant ainsi le rapport volumétrique du cylindre 7 associé. À l’inverse, si le volume diminue dans la chemise à volume variable 23, le rapport volumétrique du cylindre 7, dont la chambre de combustion 15 est en communication fluidique avec cette chemise à volume variable 23, augmente. Pour autant, le volume de chaque chemise à volume variable 23 ne participe pas à la combustion du mélange gaz/carburant.
Selon une première variante de réalisation, les chemises à volume variable 23 peuvent être dissociées de la culasse 5. En particulier, en référence à la figure 5, les chemises à volume variable 23 peuvent être intégrées au collecteur d’admission 9, notamment sur la partie Ii destinée à faire l’interface avec la culasse 5 (voir figure 2). En se référant de nouveau à la figure 5, les chemises à volume variable 23 peuvent être fixées sur la culasse 5 à l’assemblage du module d’admission d’air 1 au moteur à combustion interne 3. À cet effet, la culasse 5 comprend des cavités complémentaires 26 dans lesquelles les chemises à volume variable 23 peuvent être fixées à l’assemblage du module d’admission d’air 1 à la culasse 5.
Selon une deuxième variante de réalisation, on peut envisager que les chemises à
-11volume variable 23 soit intégrées à la culasse 5.
En outre, la mise en communication fluidique de chaque chemise à volume variable 23 avec une chambre de combustion 15 d’un cylindre 7 associé du moteur à combustion interne 3, peut se faire via un canal de mise en communication 27 associé de la culasse 5 débouchant dans la chambre de combustion 15, comme cela est mieux visible sur la figure 3.
Le canal de mise en communication 27 est usiné dans la culasse 5, par exemple par perçage.
Ce canal de mise en communication 27 peut présenter une taille constante sur toute sa longueur entre la chambre de combustion 15 et la chemise à volume variable 23 qu’il relie.
Ce canal de mise en communication 27 est avantageusement suffisamment petit pour éviter que le mélange gaz/carburant enflammé dans la chambre de combustion 15 ne se propage dans ce canal de mise en communication 27 et la chemise à volume variable 23 associée. Ainsi, ni le canal de mise en communication 27 ni la chemise à volume variable 23 ne participent à la combustion du mélange gaz/carburant. À titre d’exemple non limitatif, il peut s’agir d’un canal de mise en communication 27 de section sensiblement circulaire présentant un diamètre compris entre 1mm et 5mm, de préférence inférieur ou égal à 4mm, de préférence encore inférieur ou égal à 3mm.
Chaque chemise à volume variable 23 présente un orifice 29 dans lequel le canal de mise en communication 27 est configuré pour déboucher. Cet orifice 29 est de forme complémentaire au canal de mise en communication 27. À titre d’exemple non limitatif, il peut s’agir d’un orifice 29 sensiblement circulaire présentant un diamètre compris entre 1mm et 5mm, de préférence inférieur ou égal à 4mm, de préférence encore inférieur ou égal à 3mm. L’orifice 29 est de même diamètre que le canal de mise en commination.
En outre, afin d’éviter un éventuel encrassement des chemises à volume variable 23, on peut prévoir un milieu poreux (non représenté) dans chaque canal de mise en communication 27 de la culasse 5. Le milieu poreux (non représenté) peut être agencé au moins sur une partie de la longueur du canal de mise en communication 27 fluidique. Un tel milieu poreux (non représenté) fait office de filtre pour d’éventuelles particules. De façon non limitative, il peut s’agir de céramique.
-12En ce qui concerne plus particulièrement le moyen de modification 25 du volume de chaque chemise à volume variable 23, celui-ci peut être intégré sur le collecteur d’admission 9, comme cela est mieux visible sur la figure 5.
Selon les modes de réalisation illustrés, le moyen de modification 25 du volume comporte :
pour chaque chemise à volume variable 23, un organe de contrôle de volume 31, et au moins un actionneur 33 des organes de contrôle de volume 31.
De préférence, l’organe de contrôle de volume 31 est un piston 31.
En référence aux figures 6a et 6b, l’organe de contrôle de volume 31 est configuré pour être déplacé à rintérieur de la chemise à volume variable 23 associée entre :
une première position (figure 6a), de façon à définir le premier volume de la chemise à volume variable 23 destiné à communiquer avec la chambre de combustion 15, et une deuxième position (figure 6b), de façon à définir le deuxième volume de la chemise à volume variable 23 destiné à communiquer avec la chambre de combustion 15.
La figure 6a montre de façon schématique le piston 31 dans la première position, dans laquelle la chambre de combustion 15 d’un cylindre 7 associé est, via le canal de mise en communication 27 de la culasse 5, en communication avec le premier volume minimum, voire nul, de la chemise à volume variable 23. Dans ce cas, le rapport volumétrique ou taux de compression est maximum.
Sur la figure 6b, le piston 31 a été déplacé de manière à se trouver dans la deuxième position, dans laquelle la chambre de combustion 15 du cylindre 7 est, via le canal de mise en communication 27 de la culasse 5, en communication avec le deuxième volume maximum de la chemise à volume variable 23. Dans ce cas, le rapport volumétrique ou taux de compression est minimum.
En se référant de nouveau à la figure 5, l’actionneur 33 quant à lui, est configuré pour entraîner l’organe de contrôle de volume 31, tel qu’un piston 31, à partir d’une
-13commande du système de commande moteur ou calculateur. En particulier, à pleine charge, c'est-à-dire « pied au plancher », le dispositif de variation du rapport volumétrique 21 peut être commandé pour arriver à une valeur minimum du rapport volumétrique ou taux de compression. Dans ce cas, l’actionneur 33 déplace le piston 31 dans la deuxième position (voir figure 6b) afin d’augmenter le volume de la chemise à volume variable 23 qui est en communication fluidique avec la chambre de combustion 15.
Au contraire, à faible charge, le dispositif de variation du rapport volumétrique 21 peut être commandé pour arriver à une valeur maximum du rapport volumétrique ou taux de compression. Dans ce cas, l’actionneur 33 (figure 5) déplace le piston 31 dans la première position (voir figure 6a) afin de réduire le volume de la chemise à volume variable 23 qui est en communication fluidique avec la chambre de combustion 15.
L’actionneur 33 peut comprendre au moins un élément d’actionnement parmi : un actionneur hydraulique, un actionneur pneumatique, un moteur électrique 35 (voir figures 1, 2, 5, 7 et 8), une bobine électromagnétique, un système de guidage 37 au moins en partie par filetage (voir figures 2, 5 et 7 à 10), par exemple comprenant une vis ou une vis sans fin 372, un système de guidage de type rampe hélicoïdale 39 (voir figure 11), un système de guidage par came et poussoir 41 (voir figure 12), un système d’engrenages 43 (voir figures 7 et 8).
Préférentiellement, un seul et même actionneur 33 est configuré pour entraîner en déplacement l’ensemble des organes de contrôle de volume 31. Notamment, l’actionneur 33 entraîne de manière coordonnée l’ensemble des organes de contrôle de volume 31, tels que des pistons 31, à partir d’une seule commande du système de commande moteur ou calculateur. Ceci permet d’apporter une plus grande fiabilité.
L’intégration des organes de contrôle de volume 31 et d’au moins un actionneur 33 de ces organes de contrôle de volume 31 sur le module d’admission d’air 1, plus précisément sur le collecteur d’admission 9, est mieux visible sur la figure 2.
L’intégration des organes de contrôle de volume 31 peut se faire sur le collecteur d’admission 9, notamment sur la partie Ii destinée à faire l’interface avec la culasse 5. Plus précisément, le collecteur d’admission 9 comporte un nombre prédéfini de logements 34, visibles sur la figure 4, pour recevoir respectivement un organe de
-14contrôle de volume 31 non représenté sur la figure 4. Ces logements 34 sont agencés à proximité des conduits d’alimentation 11.
Un premier exemple de réalisation du dispositif de variation du rapport volumétrique 21 et notamment du moyen de modification 25 du volume de chaque chemise à volume variable 23 est illustré sur les figures 2, 4, 5, 7 et 8. Selon ce premier exemple, l’actionneur 33 est unique pour l’ensemble des organes de contrôle de volume 31, à savoir les pistons 31, et comporte un moteur électrique 35 configuré pour entraîner en rotation un système de guidage 37 commun relié à l’ensemble des pistons 31.
Dans cet exemple, le système de guidage commun est un système de guidage 37 au moins en partie par filetage, mieux visible sur les figures 7 et 8. Plus précisément il s’agit d’un système de roues dentées 371 et d’une vis sans fin 372. Une roue dentée 371 est agencée autour de chaque piston 31 et la vis sans fin 372 est unique et relie toutes les roues dentées 371. La vis sans fin 372 est donc commune à l’ensemble des roues dentées 371. Les roues dentées 371 présentent chacune un filetage intérieur 373 (voir figure 8) pour l’entrainement du piston 31 associé qui présente un filetage extérieur 310 correspondant (voir figure 7).
Encore selon cet exemple, le moteur 35 peut entraîner le système de guidage 37 commun via un système d’engrenages 43.
Ainsi, lorsque le dispositif de variation du rapport volumétrique 21 est commandé pour faire varier la valeur du rapport volumétrique ou taux de compression, le moteur électrique 35 actionne le système d’engrenages 43 qui entraîne à son tour la vis sans fin 372 et les roues dentées 371 de façon à déplacer les pistons 31 entre les première et deuxième positions, définies précédemment, dans les chemises à volume variable 23 afin de faire varier le volume des chemises à volume variable 23 communiquant avec les chambres de combustion 15 des cylindres 7.
On peut prévoir un couvercle 45 (voir figures 1 et 4) disposé du côté opposé aux chemises 23 à volume variable destinées à se prolonger dans la culasse 5, de façon à protéger au moins en partie le système de guidage 37 des pistons 31.
De même, un capot 47 peut être agencé de façon à protéger le moteur électrique 35 et le système d’engrenages 43.
-15Un deuxième exemple de réalisation dispositif de variation du rapport volumétrique 21 est partiellement illustré sur les figures 9 et 10. Ce deuxième exemple diffère du premier exemple précédemment décrit par le fait que chaque chemise à volume variable 23 se prolonge de façon à protéger la roue dentée 371 du système de guidage 37 des pistons 31 et avantageusement également la partie du piston 31 destinée à être agencée du côté opposé à la culasse 5. La délimitation entre la partie du moyen de modification 25 du volume de chaque chemise à volume variable 23 destinée à être agencée du côté de la culasse 5 et la partie opposée est schématisée par l’axe avec des tirets A sur les figures 9 et 10.
Plus précisément, chaque chemise à volume variable 23 est prolongée par au moins un logement circulaire 49 pour recevoir la roue dentée 371 du système de guidage 37. Dans ce cas, au moins un roulement 51 est avantageusement disposé entre chaque roue dentée 371 et le logement circulaire 49, ici deux roulements 51 sont prévus.
De plus dans cet exemple, une deuxième chemise 53 est encore dans le prolongement de chaque chemise à volume variable 23 et du logement circulaire 49.
De façon similaire au premier exemple de réalisation en référence aux figures 2, 4, 5, 7 et 8, et bien que non représenté sur les figures 9 et 10, l’actionneur 33 peut comprendre un moteur électrique configuré pour entraîner le système de guidage 37 par exemple par l’intermédiaire d’un système d’engrenages 43. Également, un capot 47 peut être agencé de façon à protéger le moteur électrique 35 et le système d’engrenages 43.
Le principe de fonctionnement du dispositif de variation du rapport volumétrique 21 précédemment décrit en référence au premier exemple de réalisation s’applique à ce deuxième exemple de réalisation.
Enfin, la figure 11 représente de façon schématique une variante de réalisation dispositif de variation du rapport volumétrique 21 avec un système de guidage de type rampe hélicoïdale 39 et la figure 12 avec un système de guidage par came et poussoir 41. De façon similaire aux exemples de réalisation précédemment décrits, l’actionneur 33 comprenant de tels systèmes de guidage de type rampe hélicoïdale 39 ou par came et poussoir 41 est configuré pour entraîner l’organe de contrôle de volume 31, tel qu’un piston 31, à partir d’une commande du système de commande moteur ou calculateur, afin de varier la position du piston 31 dans chaque chemise à volume variable 23 et ainsi
-16adapter le rapport volumétrique des cylindres 7 du moteur à combustion interne 3.
Ainsi, le dispositif de variation du rapport volumétrique 21, tel que décrit précédemment, comprenant des chemises à volume variable 23 au même nombre que les cylindres 7 du moteur à combustion interne 3, chacune de ces chemises 23 étant en communication fluidique avec la chambre de combustion 15 d’un cylindre 7 associé respectif, permet de faire varier le taux de compression ou rapport volumétrique selon les besoins, notamment en fonction du régime et de la charge moteur.
L’intégration d’un tel dispositif 21 peut se faire sur le collecteur d’admission 9 d’un module d’admission d’air 1, de façon simple sans nécessiter de modifier l’équipage mobile ni augmenter l’encombrement de la culasse 5.
En outre, l’action coordonnée sur l’ensemble des pistons 31 mobiles dans les chemises à volume variable 23 permet de garantir une variation du taux de compression ou rapport volumétrique pour l’ensemble des cylindres 7, ce qui assure une grande fiabilité du dispositif de variation du rapport volumétrique 21.
Claims (15)
- REVENDICATIONS1. Dispositif de variation du rapport volumétrique (21) d’un moteur à combustion interne (3) de véhicule automobile, ledit dispositif (21) étant configuré pour être relié à la culasse (5) dudit moteur (3), caractérisé en ce que ledit dispositif (21) comporte :un nombre prédéfini de chemises à volume variable (23), chaque chemise à volume variable (23) étant configurée pour être en communication fluidique avec une chambre de combustion (15) d’un cylindre (7) associé dudit moteur (3), et un moyen de modification (25) du volume desdites chemises (23), entre au moins un premier volume et un deuxième volume, la variation du volume de chaque chemise à volume variable (23) étant configurée pour entraîner une variation du rapport volumétrique du cylindre (7) associé entre au moins un premier rapport volumétrique et un deuxième rapport volumétrique différents.
- 2. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel le moyen de modification (25) du volume comporte :pour chaque chemise à volume variable (23), un organe de contrôle de volume (31), et au moins un actionneur (33) des organes de contrôle de volume (31).
- 3. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel l’organe de contrôle de volume (31) est configuré pour être déplacé à l’intérieur de la chemise à volume variable (23) associée entre :une première position, de façon à définir le premier volume de la chemise à volume variable (23), et une deuxième position, de façon à définir le deuxième volume de la chemise à volume variable (23).
- 4. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 2 ou 3, dans lequel le moyen de modification (25) du volume comporte un unique actionneur (33) pour l’ensemble des organes de contrôle de volume (31).
- 5. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel l’actionneur-18(33) comprend un moteur électrique (35).
- 6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel l’actionneur (33) comprend un système de guidage (37) au moins en partie par filetage.
- 7. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel le système de guidage (37) comporte :pour chaque organe de contrôle de volume (31), une roue dentée (371) configurée pour entraîner l’organe de contrôle de volume (31) associé, et une vis sans fin (372) commune configurée pour entraîner l’ensemble des roues dentées (371).
- 8. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel les roues dentées (371) présentent respectivement un filetage intérieur (373) et les organes de contrôle de volume (31) présentent respectivement un filetage extérieur (310) correspondant configuré pour coopérer avec le filetage intérieur (373) de la roue dentée (371) associée.
- 9. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque chemise à volume variable (23) est configurée pour être reliée à un canal de mise en communication (27) associé de la culasse (5), ledit canal (27) étant configuré pour déboucher dans une chambre de combustion (15) d’un cylindre (7) associé dudit moteur (3).
- 10. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel chaque chemise à volume variable (23) présente un orifice (29), dans lequel le canal de mise en communication (27) est configuré pour déboucher, et de diamètre compris entre 1mm et 5mm, de préférence inférieur ou égal à 4mm, de préférence encore inférieur ou égal à 3mm.
- 11. Module d’admission d’air (1) pour moteur à combustion interne (3) configuré pour être fixé à la culasse (5) d’un moteur à combustion interne (3) comprenant un nombre prédéfini de cylindres (7), ledit module (1) étant configuré pour alimenter chaque cylindre (7) dudit moteur (3) en gaz d’admission, caractérisé en ce qu’il comporte en outre un dispositif de variation du rapport volumétrique (21) dudit-19moteur (3) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
- 12. Module d’admission d’air (1) selon la revendication précédente, comportant un collecteur d’admission (9) comportant un nombre prédéfini de conduits d’alimentation (11) configurés pour alimenter respectivement en gaz d’admission un5 cylindre (7) dudit moteur (3).
- 13. Module d’admission d’air (1) selon la revendication précédente, dans lequel ledit au moins un dispositif de variation du rapport volumétrique (21) est au moins en partie intégré dans le collecteur d’admission (9).
- 14. Module d’admission d’air (1) selon la revendication précédente, dans lequel le 10 collecteur d’admission (9) comporte un nombre prédéfini de logements (34) pour recevoir respectivement un organe de contrôle de volume (31) du dispositif de variation du rapport volumétrique (21) selon l’une quelconque des revendications 2 à 4.
- 15. Module d’admission d’air (1) selon l’une des revendications 13 ou 14, dans lequel le 15 collecteur d’admission (9) comporte ledit au moins un actionneur (33) des organes de contrôle de volume (31) du dispositif de variation du rapport volumétrique (21) selon l’une quelconque des revendications 4 à 8.1/52/53/5
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- 2016-12-15 FR FR1662476A patent/FR3060654A1/fr not_active Withdrawn
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2017
- 2017-12-12 WO PCT/FR2017/053528 patent/WO2018109369A1/fr not_active Ceased
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|---|---|
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