FR2486145A1 - Moteur a combustion interne comportant plusieurs cylindres, a suralimentation par resonance - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE COMPORTANT PLUSIEURS CYLINDRES, A SURALIMENTATION PAR RESONANCE. DANS LEDIT MOTEUR, UN NOMBRE MAXIMAL DE QUATRE CYLINDRES 1, 2, 3; 4, 5, 6; 1, 2, 3, 4 SONT RACCORDES PAR GROUPES, PAR L'INTERMEDIAIRE DE TUBES 10, A L'UN RESPECTIF DE DEUX COLLECTEURS DE RESONANCE 11, 12. CES DERNIERS 11, 12 SONT RELIES L'UN A L'AUTRE PAR L'INTERMEDIAIRE D'UN TUBE DE RESONANCE 13 ET ILS CONSTITUENT AVEC CE DERNIER UN SYSTEME OSCILLANT EN RESONANCE. DANS CE SYSTEME, L'ALIMENTATION EN GAZ EST ASSUREE PAR UN TUBE 14 DONT LA FREQUENCE PROPRE D'OSCILLATIONS EST TRES DIFFERENTE DE LA FREQUENCE PROPRE DE RESONANCE DUDIT SYSTEME OSCILLANT. APPLICATION A LA SURALIMENTATION DE MOTEURS A COMBUSTION INTERNE, NOTAMMENT DES MOTEURS DIESEL.

Description

La présente invention se rapporte à un moteur à

combustion interne comportant plusieurs cylindres et surali-

menté par résonance.

Pour assurer la suralimentation par résonance de moteurs à combustion interne comportant plusieurs cylindres, on utilise des dispositifs montés côté admission et équipés d'un système d'oscillation du gaz en résonance, qui comprend des tubes de résonance et, éventuellement, des collecteurs de résonance. Ces organes forment alors un système oscillant

présentant une fréquence propre d'oscillationsbien déterminée.

Le principe de la suralimentation par résonance peut alors être utilisé seul, ou bien conjugué avec une suralimentation

par groupe turbocompresseur, sous la forme d'une suralimenta-

tioin dite combinée. Lorsque le dispositif générateur d'oscil-

lations est intercalé entre le groupe turbocompresseur ou le tube d'admission d'air et les cylindres, etest excité par les mouvements des pistons lorsque le moteur fonctionne, lors des phases successives d'admission, à une fréquence proche de sa fréquence propre d'oscillations, il se produit une résonance et des fluctuations de pression accrues, grâce auxquelles,

par comparaison avec des moteurs à combustion interne ne com-

portant pas une telle suralimentation par résonance, le degré

de remplissage des cylindres peut être considérablement amé-

lioré dans une plage souhaitée de vitesses angulaires, sous

l'effet des surpressions momentanées, tributaires des oscilla-

tions, lors de la fermeture des soupapes. Des formes de réali-

sation de ce type ont été décrites plus en détail dans la revue intitulée "I'lotortechnische Zeitschrift" (MTZ), N0 39

(1978), pages 447 à 451.

Dans des dispositifs de ce type, connus des spécia-

listes et montés côté admission, chaque cylindre du moteur à combustion interne est raccordé, par un tube d'admission

long et mince, à un réservoir de compensation dans lequel dé-

bouchent tous les tubes d'admission de même longueur. Ce ré-

servoir de compensation communique à son tour, par l'intermé-

diaire d'un conduit de jonction, avec le groupe turbocompres-

seur ou le tube d'admission d'air après le filtre à air. Ce dispositif permet d'obtenir une suralimentation dynamique avec superposition d'une plage de résonance, les tubes

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d'admission remplissant la fonction d'un tube de résonance.

Ces agencements connus comportent l'inconvénient

prépondérant que, lorsque le moteur tourne à une grande vites-

se angulaire, la consommation de carburant est accrue par sui-

te de l'étranglement provoqué par les tubes de résonance longs et minces. En outre, un autre inconvénient de ces dispositifs

réside dans leur grand encombrement et leur forme de réalisa-

tion compliquée.

Le Modèle d'Utilité DE-GM-1 723 349 a décrit un

dispositif analogue monté côté admission d'un moteur compor-

tant un turbocompresseur et dont la suralimentation est ac-

crue par des oscillations de gaz à basse vitesse angulaire.

Dans ce cas, deux, au maximum trois cylindres à intervalles

suffisants entre les points d'allumage communiquant avec un ré-

cipient d'o part un tube servant de tube de résonance et raccordé au groupe turbocompresseur. Une forme de réalisation

particulièrement longue des tubes de résonance permet d'as-

surer la coïncidence souhaitée entre la durée des oscillations de résonance du système d'alimentation en gaz et la durée de l'admission des cylindres considérés lorsque la vitesse

angulaire du moteur est basse.

Un dispositif différent, monté côté admission, a été décrit par le brevet DE-PS-1 935 155 et par la demande de brevet DE-OS-2 245 732. Les orifices d'admission des cylindres d'un groupe considéré en comptant au maximum quatre,

dont les périodes d'admission ne se recoupent pas ou se recou-

pent peu, sont reliés à des collecteurs de résonance par des canaux d'aspiration relativement courts. Des tubes de résonance sont intercalés entre chacun desdits collecteurs de résonance et un réservoir de compensation, ce dernier communiquant, par l'intermédiaire d'un tube de liaison, avec le côté pression du groupe turbocompresseur. Dans ce cas, le volume de chaque

collecteur de résonance est supérieur à la moitié, mais infé-

rieur au décuple de la cylindrée totale du ou des cylindres raccordés au collecteur de résonance, la longueur de chaque tube de résonance étant supérieure à huit fois le diamètre d'une circonférence dont la surface est égale à celle de la

section de passage du tube de résonance considéré.

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Les deux dispositifs connus mentionnés en dernier

lieu sont également d'une réalisation très compliquée, par sui-

te du grand nombre de tubes et de récipients, et ils occupent

une grande partie de l'espace limité, notamment dans des véhi-

cules. La présente invention a par conséquent pour objet un moteur à combustion interne du type précité qui, tout en conservant les avantages des formes de réalisation connues, est d'une construction sensiblement moins compliquée, nécessite un encombrement considérablement moindre et peut être réglé aisément.

Selon les caractéristiques essentielles de l'in-

vention, dans un moteur à combustion interne comportant plu-

sieurs cylindres et suralimenté par résonance, dans lequel l'utilisation des oscillations des gaz est obtenue, dans le conduit d'admission, grâce à un système en résonance comprenant

des collecteurs, auquel cas un nombre maximal de quatre cylin-

dres (dont l'actionnement des soupapes se succède et se recou-

pe au maximum très faiblement) sont raccordés à un collecteur

de résonance, un seul tube de résonance considéré relie direc-

tement deux collecteurs de résonance et, dans l'un de ces col-

lecteurs1débouche un tube d'alimentation en gaz dont la fré-

quence propre d'oscillations est différente de la fréquence propre d'oscillations du système oscillant comprenant des tubes

et des collecteurs de résonance.

La forme de réalisation simplifiée et la réduc-

tion de l'encombrement d'un tel dispositif, par rapport aux formes de réalisation connues mentionnées ci-avant résident notamment dans le fait que le réservoir de compensation et/ou au moins un tube de résonance deviennent superflus. Par rapport à un agencement tel que décrit,par exemple, dans les documents précités DE-PS-1 935 155 et DE-OS-2 245 732, dans lequel, pour un moteur à six cylindres, outre deux collecteurs de résonance, deux tubes de résonance et un collecteur de résonance coopèrent nécessairement avec trois cylindres considérés, la forme de

réalisation conformément à l'invention ne nécessite aucun ré-

servoir de compensation et requiert la présence d'un seul tube

de résonance pour relier les deux collecteurs de résonance.

Dans une forme de réalisation avantageuse, par-

ticulièrement compacte et permettant d'économiser de la ma-

tière, une cloison séparatrice, logée dans le collecteur de gaz, subdivise ce dernier en deux collecteurs de résonance, le tube de résonance faisant communiquer ces deux collecteurs étant incorporé, dans ledit collecteur de gaz, sous la forme d'un canal délimité par une paroi longeant l'une des parois

du carter dudit collecteur en traversant ladite cloison sépa-

ratrice, et par ladite paroi dudit carter.

En outre, à l'aide de moyens simples et économiques, la forme de réalisation simple proposée par l'invention permet d'éviter un autre inconvénient des types de réalisation connus,

résidant dans leur rigidité. Etant donné que ces types de réa-

lisation connus ne peuvent exercer leur effet souhaitable que dans un éventail limité, ils se prêtent moins à l'utilisation dans des moteurs présentant une grande plage de vitesses de rotation. Certes, il est connu de pallier cet inconvénient par la possibilité de réglage du système oscillant, mais cette

solution proposée a échoué jusqu'à présent à cause des compo-

sants nombreux des systèmes oscillants connus et de la forme

de réalisation en conséquence compliquée.

Dans un perfectionnement avantageux du moteur à combustion interne selon l'invention, la longueur efficace du seul tube de résonance influençant la fréquence propre de

résonance du système oscillant est variable.

A cet effet, le tube de résonance peut, par exem-

ple, comporter au moins un orifice maintenu fermé, par exem-

ple, par un obturateur. Lorsque cet obturateur est actionné, l'orifice considéré est-dégagé et la longueur efficace du tube

de résonance est modifiée en conséquence.

Lorsque l'invention est appliquée à des moteurs

à combustion interne comportant plusieurs cylindres et surali-

mentés par turbocompresseur, des fluctuations de pression,

provenant du système de suralimentation par résonance, parvien-

nent au compresseur du groupe turbocompresseur et peuvent l'ame-

ner à avoir un effet de "pompage".

Dans une forme de réalisation avantageuse selon

l'invention, appliquée à des moteurs suralimentés par turbocompres-

seur à gaz d'échappement, ce phénomène peut être évité aisé-

ment lorsque le système d'alimentation en gaz est réalisé de telle sorte que la fréquence propre d'oscillations de ce

système (comprenant le tube d'alimentation en gaz, le collec-

teur de résonance dans lequel débouche ledit tube, le compres- seur du groupe turbocompresseur, le tube d'admission d'air

débouchant dans ce dernier, un filtre à air et son tube d'ali-

mentation) est plus faible que la fréquence propre de résonan-

ce du système oscillant comprenant le tube et le collecteur

de résonance.

Lorsqu'on applique le principe selon l'invention

à des moteurs suralimentés par turbocompresseur et dans les-

quels l'air d'alimentation est refroidi, une forme de réalisa-

tion avantageuse réside dans le fait que le collecteur de ré-

sonance constitue un refroidisseur d'air d'alimentation.

L'invention va à présent être décrite en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une représentation schématique

d'un moteur Diesel à six cylindres et équipé d'une suralimen-

tation combinée; la figure 2 illustre schématiquement une variante de réalisation dans laquelle la fréquence propre de résonance est réglable; la figure 3 représente schématiquement un autre exemple de réalisation, appliqué à des moteurs à six cylindres suralimentés par turbocompresseur; la figure 4 illustre schématiquement une variante de réalisation pour moteurs à six cylindres suralimentés par turbocompresseur et dans lesquels l'air d'alimentation est refroidi; et la figure 5 représente schématiquement une autre

forme de réalisation d'un moteur à quatre cylindres suralimen-

té par turbocompresseur et dont l'air d'alimentation est re-

froidi.

La figure 1 illustre schématiquement un moteur à quatre temps et à six cylindres. Des cylindres 1 à 6, ménagés

dans un bloc moteur 7, comportent chacun une soupape d'admis-

sion et une soupape d'échappement, non illustrées en détail.

Ces cylindres communiquent, par des tubulures 8, avec un

tuyau commun d'échappement 9.

Une courte tubulure d'admission 10, relie le côté admission à la soupape d'admission de chaque cylindre.

Conformément au mode classique de fonction-

nement d'un tel moteur, la distribution alternée

des cylindres 1, 3, 2, d'une part, et des cy-

lindres 5, 6, 4, d'autre part est telle que les durées d'admission du groupe de cylindres 1, 2 et 3, de même que celles du groupe de cylindres 4, 5 et 6, ne se recoupent pas du tout, ou bien seulement d'une manière insignifiante. Les tubulures d'admission 10 du groupe de cylindres 1, 2 et 3 débouchent dans un collecteur de résonance 11 et, de manière correspondante, les tubulures d'admission 10 du groupe de cylindres 4, 5 et 6 débouchent dans un second collecteur de

résonance 12, coaxial au premier collecteur 11. A la diffé-

rence des formes de réalisation connues jusqu'alors, un tube de résonance 13, raccordé aux deux collecteurs de résonance Il et 12, relie directement ces derniers en constituant une

dérivation. L'alimentation en gaz du moteur illustré est as-

surée par un tube d'alimentation 14 qui, également à la diffé-

rence des formes de réalisation connues jusqu'à présent, dé-

bouche dans l'un des deux collecteurs de résonance, dans le

collecteur 12 dans l'exemple considéré. Ce tube d'alimenta-

tion 14 est relié, de manière connue, au côté sortie d'un

groupe turbocompresseur 15. Une turbine 17, montée sur le mê-

me arbre que le compresseur 16 dudit groupe 15, est reliée

au tuyau d'échappement 9.

Les gaz d'échappement du moteur parviennent, par le tuyau 9, dans la turbine 17, actionnent cette dernière

puis sont dirigés vers l'atmosphère. Le compresseur 16 en-

trainé par la turbine 17 refoule l'air provenant de l'atmos-

phère dans le collecteur 12, par l'intermédiaire du tube d'alimentation 14, une partie de cet air étant introduite

dans le second collecteur 11 en parcourant le tube de réso-

nance 13. Cet air atmosphérique quitte les deux collecteurs

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Il et 12 pour parvenir dans les cylindres. L'aspiration pé-

riodique des cylindres entraîne alors des oscillations de la colonne d'air dans le système oscillant constitué par les

deux collecteurs de résonance 11 et 12 et le tube de réso-

nance 13. Pour que le débit de l'air dans le tube d'alimen- tation 14 ne perturbe pas les oscillations de résonance de ce système oscillant, ce dernier doit présenter des dimensions telles que sa fréquence propre d'oscillations soit à chaque

fois différente de la fréquence propre de résonance du sys-

tème oscillant comprenant le collecteur de résonance et le

tube de résonance.

Il est aisément compréhensible que le dispositif,

décrit à l'appui de la figure 1 et monté côté admission,per-

met d'obtenir une simplification considérable du mode de construction, tout en conservant un effet de suralimentation dynamique sensiblement identique, étant donné que le tube

d'alimentation 14 part du groupe turbocompresseur 15 pour re-

joindre l'un (12) des collecteurs de résonance, en l'absence d'un réservoir de compensation; un seul tube de résonance 13 est nécessaire pour assurer simultanément la communication avec le second collecteur de résonance 11, auquel cas, les

oscillations de gaz souhaitées peuvent être obtenues par l'as-

piration alternée des deux groupes de cylindres dans leur

collecteur de résonance respectif.

Lorsqu'on applique le principe de l'invention à

un moteur à combustion interne ne comportant aucune surali-

mentation par turbocompresseur, les organes 15, 16 et 17 deviennent superflus. Dans une telle forme de réalisation,

les gaz d'échappement du moteur sont rejetés dans l'atmos-

phère par l'intermédiaire du tuyau d'échappement 9, directe-

ment ou en traversant un silencieux, et l'air atmosphérique

parvient dans le tube 14 directement ou en traversant un fil-

tre à air. Le reste de la forme de réalisation est inchangé

par rapport à celle des figures 1 et 2.

Dans la variante de réalisation illustrée sur

la figure 3, concernant un moteur à quatre temps à six cylin-

dres -suralimenté par turbocompresseur, un tube 18 d'admission d'air, raccordé à un filtre à air 19, est monté en amont du

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compresseur 16. La référence numérique 19a désigne un tube

d'aspiration débouchant dans le filtre 19. Le système pneu-

matique d'alimentation en gaz, monté en amont du système d'oscillations 13, 12 et 11, comprend le tube d'aspiration 19a, le filtre 19, le compresseur 16, le tube 14 et le col- lecteur de résonance 12. L'ajustement est tel

que la fréquence propre d'oscillations de ce système d'ali-

mentation en gaz est choisie inférieure à la fréquence propre minimale d'oscillations du système de résonance. Lors de la

détermination de la fréquence propre d'oscillations de ce sys-

tème pneumatique 12, 14, 16, 18, 19 et 19a, la capacité volumique

du collecteur de résonance joue le rôle d'un ressort pneuma-

tique, cependant que le second collecteur de résonance 11

est mis hors circuit par la fréquence propre supérieure d'os-

cillations du système oscillant (tube et collecteur de réso-

nance).

Les figures 4 et 5 représentent un exemple d'ap-

plication de l'invention à des moteurs suralimentés par turbo-

compresseur et dont l'air d'alimentation est refroidi.

La figure 4 est une représentation schématique de la forme de réalisation proposée par l'invention pour un moteur à quatre temps à six cylindres dont le système oscillant comporte en plus un collecteur de résonance

32, réalisé sous la forme d'un refroidisseur d'air d'alimen-

tation, ainsi qu'un conduit de liaison 33. Dans ce cas, le système comprenant les collecteurs de résonance 32 et 12 et le conduit 33 présente la même fréquence de résonance que le

système comprenant les collecteurs 12 et 11 et le tube 13.

Là encore, le collecteur 32 est alimenté en air par le tube d'alimentation 14. Le reste de la forme de réalisation et le mode de fonctionnement sont les mêmes que ceux des variantes

des figures 1, 2 et 3 et, de ce fait, leur description n'est

pas indispensable.

La figure 5 représente schématiquement une varian-

te de réalisation destinée à un moteur à quatre temps et à quatre cylindres, suralimenté par turbocompresseur et dont l'air

d'alimentation est refroidi.

Conformément au mode de fonctionnement d'un tel moteur, la distribution est telle qu'il ne

se produit tout au -plus que de légers recoupe-

ments. Les tubulures d'admission 10 du moteur débouchent dans un collecteur de résonance 12. Un tube de résonance 33 relie les collecteurs 12 et 32, ce dernier jouait le rôle d'un refroisseur d'air d'alimentation. Là encore, le collecteur de résonance 32 est alimenté en air par l'intermédiaire du tube d'alimentation 14. Pour le reste, la réalisation et le mode de fonctionnement sont les mêmes que ceux décrits

ci-dessus en regard des figures 1, 3 et 4.

Grâce à la simplification de la forme de réalisa-

tion des dispositifs décrits par rapport aux agencements connus jusqu'à présent pour atteindre le même but, il est

possible de faire varier, à l'aide de moyens simples, la fré-

quence d'oscillations du système oscillant, et d'élargir par conséquent la plage de vitesses angulaires du moteur un

maintenant une suralimentation maximale.

Un tel agencement, dans lequel la longueur effi-

cace du tube de résonance est réglable, va à présent être décrit en regard de la figure 2, qui illustre en outre une variante de réalisation particulièrement compacte du système oscillant. Comparée à la forme de réalisation de la figure 1, la forme de réalisation du système oscillant illustré sur la figure 2 se différencie par le fait que, à la place des deux collecteurs de résonance séparés l'un de l'autre et du

tube de résonance qui les relie en constituant une dériva-

tion, on utilise un seul collecteur 20, pouvant consister en

un tube collecteur d'admission de gaz du moteur. Ce collecteur est subdi-

visé par une cloison intermédiaire 21 en deux chambres 22 et 23. La référence 24 désigne des tubulures d'admission des cylindres du moteur à six cylindres illustré, répartis à nouveau en deux groupes de trois cylindres. Lesdits cylindres

communiquent par groupes respectifs avec l'une des deux cham-

bres 22 et 23. Ces dernières correspondent ainsi aux deux

collecteurs de résonance 11 et 12 de l'exemple de la figure 1.

Dans l'exemple de la figure 2, au tube de résonance 13 de la forme de réalisation de la figure 1, correspond un

canal 25 qui, à l'intérieur du collecteur 20, est délimi-

té par une paroi 26 coupant la cloison séparatrice 21 et

par les parois contiguës dudit collecteur 20. Le tube d'ali-

mentation en gaz porte la référence 29 et il débouche dans

la chambre 22. A part cette variante de réalisation, l'agen-

cement de la figure 2 correspond intégralement à celui de la figure 1, son système oscillant étant formé par les deux chambres de résonance 22 et 23 raccordées l'une à l'autre par

un seul et unique canal de résonance 25.

La paroi 26 délimitant le canal 25 est percée d'un orifice latéral 27, constituant le siège du corps 28 d'une soupape 30, par exemple une soupape sensible à la pression de suralimentation. Un actionnement de cette soupape , donc une ouverture ou une fermeture de l'orifice 27 du canal 25,permet alors de modifier, de la longueur d'un tronçon 31, la longueur efficace du canal 25 influençant la fréquence

propre de résonance du système oscillant.

Naturellement, il convient là encore de faire en sorte que le tube d'alimentation 29 soit réalisé de manière à ne pas perturber, si possible, les oscillations de résonance

du collecteur auquel il est raccordé.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au moteur à combustion interne décrit

et représenté, sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Moteur à combustion interne comportant plu-

sieurs cylindres à suralimentation par résonance, dans lequel les oscillations des gaz peuvent être exploitées, dans le conduit d'admission, au moyen d'un système en résonance com- prenant des tubes et des collecteurs de résonance, auquel cas un nombre maximal de quatre cylindres, dont les temps de distribution se recoupent le moins possible, sont raccordés à un collecteur de résonance, moteur caractérisé par le fait qu'un seul tube respectif de résonance (13; 33 ) raccorde à chaque fois directement deux collecteurs de résonance (11, 12; 12, 32; 22, 23), et par le fait que, dans l'un (12; 32; 22) desdits collecteurs de résonance, débouche un tube d'alimentation en gaz (14; 29), dont la fréquence propre d'oscillations est différente de la fréquence propre de résonance du système oscillant comprenant le tube

de résonance et le collecteur de résonance.

2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé par le-fait qu'une cloison séparatrice (21), logée dans le collecteur (20) d'admission de gaz, subdivise ce dernier en deux collecteurs de résonance (22, 23); et par le fait

que le tube de résonance reliant entre eux ces deux collec-

teurs consiste en un canal (25) qui, logé dans ledit réser-

voir (20), est délimité par une paroi (26) longeant la paroi du carter dudit réservoir (20) et coupant ladite cloison

séparatrice (21), et par la paroi dudit carter.

3. Moteur selon l'une des revendications 1 et

2, caractérisé par le fait que la longueur efficace du tube de résonance (13; 25) influençant la fréquence propre de

résonance du système oscillant est variable.

4. Moteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le tube de résonance présente au moins un orifice (27) qui peut être fermé ou ouvert par une soupape

(28, 30).

5. Moteur selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 4, suralimenté par turbocompresseur, caractérisé par le fait que la fréquence propre d'oscillations du système d'alimentation en gaz, comprenant le tube d'alimentation en gaz (14; 29), le collecteur de résonance (12; 32) dans lequel débouche ledit tube, le compresseur (16) du groupe

turbocompresseur (15), le tube d'admission d'air (18) débou-

chant dans ce dernier, un filtre à air (19) et son conduit d'aspiration associé (19a), est inférieure à la fréquence propre de résonance du système oscillant constitué du tube

et du collecteur de résonance.

6. Moteur selon la revendication 5, suralimenté par turbocompresseur et dont l'air d'alimentation est refroidi, caractérisé par le fait que l'un des collecteurs de résonance

constitue un refroidisseur d'air (32).