Brevet FR2738288A1 — publié le 19970307

L'invention concerne une culasse pour un moteur à combustion interne refroidi par liquide et possédant plusieurs cylindres, comprenant un corps de culasse et au moins une chambre de refroidissement traversée d'au moins un conduit d'admission et d'au moins un conduit d'échappement d'un cylindre, et comprenant au moins une soupape d'admission coordonnée au conduit d'admission et une soupape d'échappement coordonnée au conduit d'échappement. Le brevet DE 30 25 106 décrit déjà une culasse pour un moteur à combustion interne muni d'un système d'aspiration comprenant un tuyau de recyclage de gaz d'échappement branché en dérivation sur un tuyau d'échappement et amenant du gaz d'échappement à travers un système de conduits avec des vannes interposées à un conduit ou orifice d'admission. Dans ce but, la culasse est pourvue d'un perçage qui amène le gaz d'échappement dans la zone d'une soupape d'admission jusqu'au conduit d'admission afin de réaliser les avantages déjà connus du recyclage de gaz d'échappement en vue d'une meilleure combustion d'un mélange pauvre. Par le document DE-OS 44 10 686, on connaît également un système d'aspiration pour moteurs à combustion interne qui amène à la fois des gaz du carter-moteur et des gaz brûlés d'échappement à au moins un conduit d'admission. Des systèmes d'aspiration séparés sont prévus à cet effet, l'un pour introduire les gaz du carter-moteur et l'autre pour introduire les gaz d'échappement dans les conduits d'admission de la culasse. Les deux types de systèmes d'aspiration décrits dans les documents précités présentent tous deux l'inconvénient que le recyclage des gaz d'échappement demande un système de canaux dispendieux qui est en outre relative- ment encombrant. De tels systèmes de canaux ont en plus l'inconvénient que le gaz d'échappement subit, en raison des tuyauteries externes de recyclage de gaz d'échappement, une perte de température qui peut avoir un effet nuisible surtout pour la préparation du mélange compte tenu du fait que des températures aussi élevées que possible du gaz d'échappement recyclé améliorent la préparation du mélange et par suite la combustion. Les tuyauteries externes de recyclage ont également pour conséquence que du condensat peut s'y former, ce qui dégrade ou peut même empêcher l'écoulement à travers ces tuyauteries et provoquer leur endommagement en hiver lorsqu'il y a risque de gel. On sait aussi qu'il est également avantageux d'équiper un moteur à combustion interne d'un dispositif d'amenée d'air secondaire aux gaz d'échappement parce que l'air secondaire produit la post-réaction de fractions imbrûlées de HC ou CO par l'apport d'oxygène de l'air ainsi offert, de sorte qu'on obtient des gaz d'échappement de meilleure qualité. Ceci est vrai surtout pendant la phase d'échauffement de moteurs à combustion interne fonctionnant selon le cycle de Beau de Rochas, que l'on doit faire fonctionner à froid avec un excès de carburant en raison de la condensation de carburant sur des parties froides du moteur. Par le document DE-OS 43 44 356, on connaît une culasse d'un moteur à combustion interne, muni d'une amenée d'air secondaire, qui présente des surfaces d'étanchéité dans lesquelles sont ménagés des creux servant de canaux d'air secondaire et qui sont recouverts par d'autres parties du moteur lorsque celui- ci est assemblé. Les canaux d'air secondaire ainsi formés, présentent des perçages débouchant dans le conduit d'échappement. L'écoulement de gaz d'échappement exerce un effet d'aspiration sur l'air secondaire, de sorte que celui-ci pénètre dans les conduits d'échappement. Ce mode de réalisation a l'inconvénient que les joints doivent répondre à des exigences sévères afin de permettre l'établissement de conditions définies pour l'amenée d'air secondaire. Un but de l'invention est de fournir une culasse, du type défini au début, qui permette, de manière simple, à la fois un recyclage de gaz d'échappement et une amenée d'air secondaire dans la culasse, et de perfectionner les systèmes de canaux connus par l'état actuel de la technique. Conformément à l'invention, on obtient ce résultat par le fait que le corps de culasse comporte un système intégré de canaux, qui présente au moins deux canaux ayant chacun au moins un raccordement avec au moins un conduit d'admission ou d'échappement du cylindre. Le système intégré de canaux proposé selon l'invention dans la culasse, permet d'intégrer dans celle-ci aussi bien un système pour le recyclage de gaz d'échappement qu'un système pour l'amenée d'air secondaire, ce qui autorise la création d'une construction compacte. Les tuyauteries externes dispendieuses pour le recyclage de gaz d'échappement peuvent être supprimées avec cette solution, et on obtient en outre une plus grande sûreté de fonctionnement en raison de la sensibilité d'un système de recyclage de gaz d'échappement. Cette sensibilité existe surtout dans le cas o le système de recyclage est réalisé de tuyaux d'aspiration en matière synthétique afin de gagner du poids. Les endommagements de tels tuyaux par les températures élevées des gaz d'échappement peuvent donc être exclus. L'intégration dans la culasse du système de canaux pour l'amenée d'air secondaire et le recyclage de gaz d'échappement, procure des parcours d'écoulement très courts. De ce fait, le gaz d'échappement recyclé peut être amené aux conduits d'admission après avoir subi une très faible perte de température, ce qui permet d'obtenir une meilleure combustion du mélange. Il s'y ajoute que des changements des taux de recyclage de gaz d'échappement par suite de régimes différents dans les cylindres sont immédiatement perceptibles, de sorte qu'un mode de fonctionnement plus efficace du moteur peut être assuré. De plus, le système de canaux intégré dans la culasse, comportant notamment un premier canal ayant au moins un raccordement avec au moins un conduit d'échappement et un deuxième canal ayant au moins un raccordement avec au moins un canal d'admission, présente l'avantage que les raccordements entre les canaux du système intégré et les conduits d'admission et d'échappement peuvent être disposés à proximité immédiate de la soupape correspondante, ce qui permet d'obtenir un haut rendement dans le régime concerné avec amenée d'air secondaire ou de recyclage de gaz d'échappement. Il s'y ajoute que le système intégré de canaux dans la culasse évite les problèmes de condensation des systèmes d'aspiration que l'on connaît par l'état actuel de la technique pour le recyclage de gaz d'échappement puisque des températures élevées prédominent sur la culasse pendant le fonctionnement du moteur, donc aussi dans le système intégré de canaux. Le risque de formation de condensat et l'accumulation de condensat dans le système d'aspiration peuvent ainsi être empêchés également Un mode de réalisation avantageux de l'invention prévoit que les canaux peuvent être reliés entre eux à travers une bride commune sur le corps de culasse. La construction compacte est ainsi poursuivie ou développée de manière conséquente. La vanne de recyclage de gaz d'échappement et les conduits pour l'amenée d'air secondaire peuvent être raccordés à cette bride. La commande de la vanne de recyclage de gaz d'échappement permet de créer ainsi une liaison simple entre les deux canaux du système intégré. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation préféré, mais nullement limitatif, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: - la Figure 1 est une coupe transversale schématique d'une culasse; et - la Figure 2 est une vue schématique partiellement en coupe du petit côté de la culasse dirigé vers la boîte de vitesses. La Figure 1 représente une culasse 11, formée essentiellement d'une pièce coulée d'un seul tenant, qui est destinée à un moteur à combustion interne refroidi par liquide et possédant plusieurs cylindres. La culasse 11 ou, plus exactement, le corps de culasse d'un seul tenant, présente une face inférieure 12 et des parois extérieures longitudinales 14, 16 et de tête 17 qui s'étendent vers le haut à partir de cette face inférieure, jusqu'à un plan de joint 13 d'un couvre-culasse. Une cloison 18, venue de coulée, est formée dans le corps de la culasse 11 entre la face inférieure 12 et le plan de joint 13 du couvre-culasse, à distance 4 de ces deux faces de délimitation, cloison qui sépare une chambre 19 à eau de refroidissement d'une chambre de distribution 21 située au-dessus d'elle. La face inférieure 12 de la culasse possède, pour chaque cylindre, une portion de chambre de combustion 22, réalisée sous la forme d'un creux, qui présente deux embouchures 23, 24 pouvant être fermées et ouvertes par au moins une soupape d'admission 31 et au moins une soupape d'échappement 32 par cylindre, ainsi qu'une ouverture supplémentaire (non représentée) menant dans la chambre de combustion et appartenant à une chambre destinée à recevoir une bougie, un injecteur ou analogue (non représenté). Des conduits d'admission 28 et d'échappement 29 s'étendent depuis les embouchures 23, 24 aux parois extérieures latérales 14, 16. Aux embouchures 23 et 24 sont coordonnées respectivement une soupape d'admission 31 et une soupape d'échappement 32 pouvant être commandées de façon connue. Un système intégré de canaux 34 est formé d'un seul tenant - à la coulée dans la culasse 11, plus exactement dans le corps de culasse 14, 16, 17, près d'un plan longitudinal médian 33 de ce corps, entre la soupape d'admission 31 et la soupape d'échappement 32. Ce système intégré 34 comprend deux canaux 36, 37 qui s'étendent pour l'essentiel parallèlement dans le sens de la longueur du moteur entre les soupapes d'admission et d'échappement 31, 32 coordonnées aux conduits d'admission et d'échappement 28, 29 et à l'intérieur de la cloison 18 mentionnée précédemment. Les canaux 36, 37 présentent des raccordements 38, 39 avec les conduits d'admission et d'échappement 28, 29. Ces raccordements sont réalisés sous la forme de perçages orientés pour l'essentiel perpendiculairement aux canaux longitudinaux 36, 37 et débouchent dans les conduits d'admission et d'échappement 28 et 29 respectivement, à proximité immédiate des embouchures 23, 24. Le canal longitudinal 36 représenté à gauche du plan longitudinal médian 33 dans cet exemple, sert à l'introduction d'air secondaire et le canal longitudinal 37 représenté à droite de ce plan sert au recyclage de gaz d'échappement. Les canaux 36, 37 ont une section droite carrée. Ils peuvent cependant avoir aussi d'autres formes géométriques. Quelle que soit leur forme géométrique, ils doivent avoir une section minimale assurant une amenée ou une évacuation d'air secondaire et/ou de gaz d'échappement à un débit suffisant - et le même pour chaque canal - pour la chambre de combustion de chaque cylindre. Le fait que les raccordements 38, 39 débouchent près des embouchures 23, 24 des conduits d'admission et d'échappement 28, 29, a l'avantage qu'un haut degré de tourbillonnement est obtenu et que de faibles débits volumiques suffisent déjà pour permettre un changement rapide du mélange. En variante, on peut également coordonner deux ou davantage de raccordements 38, 39 aux conduits d'admission et d'échappement 28, 29. La Figure 2 est une vue en bout schématique, montrant une paroi extérieure de tête 17 de la culasse 11 (du corps de culasse 14, 16, 17) avec une coupe partielle schématique d'une bride 41 disposée sur cette paroi. Il est avantageux que la bride 41 soit agencée sur la paroi de tête 17 dirigée vers la boîte de vitesses, dans laquelle débouchent les canaux 36, 37 et qui correspond à la sortie côté boîte de la culasse 11. La bride peut venir de coulée et être d'un seul tenant avec la culasse 11, mais elle peut également être fixée à elle de façon amovible. La bride 41 présente un raccordement 42 pour un conduit d'alimentation 43 servant à l'amenée d'air secondaire. En regard de ce raccordement 42, on a prévu un raccordement supplémentaire 44 pour la réception d'une vanne de recyclage de gaz d'échappement 46. Entre le canal longitudinal 36 et le canal longitudinal 37, la bride 41 présente un orifice 47 pouvant être fermé ou découvert par un obturateur 48 de la vanne de recyclage de gaz d'échappement 46. L'orifice 47 correspond essentiellement à la section droite du raccordement 42 pour l'air secondaire, de sorte que la bride 41 peut avoir une forme simple. La vanne de recyclage 46 peut être à commande électrique ou pneumatique pour découvrir la liaison entre les deux canaux longitudinaux 36, 37 et activer ainsi l'introduction d'air secondaire ou le recyclage de gaz d'échappement. I est avantageux de réaliser le corps de la culasse 11, ensemble avec le système intégré de canaux 34 et la bride 41 disposée sur une paroi extérieure de tête 17, sous la forme d'une seule pièce coulée, auquel cas les canaux longitudinaux 36, 37 peuvent être formés à l'aide d'un noyau séparé ou incorporés lors de la coulée sur des barres à noyaux de canaux. Il est possible encore de réaliser les canaux longitudinaux 36, 37 et les raccordements 38, 39 dans la culasse 11 par usinage avec enlèvement de copeaux, par exemple par perçage. Le système intégré de canaux 34 permet un couplage simple entre l'amenée d'air secondaire et le recyclage de gaz d'échappement. Pour un démarrage à froid par exemple ou pendant la phase d'échauffement du moteur à combustion interne, il se révèle avantageux d'amener de l'air secondaire aux gaz d'échappement afin d'améliorer la qualité des gaz rejetés. Dans une telle situation, la vanne de recyclage 46 est fermée et une pompe à air (non représentée) introduit l'air secondaire dans le canal longitudinal 36 pour souffler cet air à travers les raccordements 38 dans les conduits d'échappement 29. Après que le moteur a atteint une température de fonctionnement donnée, laquelle est détectée par des capteurs à différents endroits du moteur et transmise à un système de gestion du moteur, la pompe à air pour l'insufflation d'air secondaire est arrêtée. Le canal longitudinal 36 se remplit de ce fait de gaz d'échappement, la vanne de recyclage 36 étant ouverte d'une certaine quantité, conformément à la position de la pédale d'accélérateur, pendant que le moteur est en régime de charge partielle par exemple, de sorte que le gaz d'échappement sortant du conduit d'échappement 39 pénètre par le raccordement 38 dans le canal longitudinal 36 et parvient à travers l'orifice 47 de la bride 41 dans le second canal longitudinal 37 du système intégré de canaux 34. À travers celui-ci, le gaz d'échappement peut être aspiré dans les conduits d'admission 28 en passant par les raccordements 39. Grâce aux trajets courts du gaz d'échappement à l'intérieur du système de canaux 34, les hautes températures de ce gaz peuvent être conservées pratiquement sans diminution jusqu'aux conduits d'admission 28, ce qui permet d'améliorer le rendement et les processus d'oxydation de la combustion dans la portion de chambre de combustion 22 du cylindre. Il est possible aussi d'intégrer dans le raccordement 42 de la bride 41 une soupape antiretour du dispositif d'insufflation d'air secondaire afin de permettre l'activation de l'insufflation si la vanne de recyclage de gaz d'échappement 46 est fermée. Dès que cette vanne ouvre au moins partiellement l'orifice 47, du gaz d'échappement est évacué depuis les conduits d'échappement 29 et à travers le canal longitudinal 39 dans le canal longitudinal 37. REVENDICATIONS 1. Culasse pour un moteur à combustion interne refroidi par liquide et possédant plusieurs cylindres, comprenant un corps de culasse (14, 16, 17) et au moins une chambre de refroidissement (19) traversé d'au moins un conduit d'admission (28) et d'au moins un conduit d'échappement (29) d'un cylindre, et comprenant au moins une soupape d'admission (31) coordonnée au conduit d'admission (28) et une soupape d'échappement (32) coordonnée au conduit d'échappement (29), caractérisée en ce que le corps de culasse (14, 16, 17) comporte un système intégré de canaux (34), qui présente au moins deux canaux (36, 37) ayant chacun au moins un raccordement (38, 39) avec au moins un conduit d'admission ou d'échappement (28, 29) du cylindre. 2. Culasse selon la revendication 1, caractérisée en ce que le système intégré de canaux (34) comporte un premier canal (36) ayant au moins un raccordement (38) avec au moins un conduit d'échappement (29) et un deuxième canal (37) ayant au moins un raccordement (39) avec au moins un conduit d'admission (28). 3. Culasse selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les canaux (36, 37) sont réalisés comme des canaux longitudinaux s'étendant dans le sens de la longueur du moteur. 4. Culasse selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les canaux (36, 37) émergent à travers une paroi extérieure de tête (17) dirigée vers la boîte de vitesses. 5. Culasse selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les canaux (36, 37) peuvent être reliés entre eux à travers une bride (41) commune sur le corps de culasse (14, 16, 17). 6.Culasse selon la revendication 5, caractérisée en ce que la bride est pourvue d'un raccordement (44) pour une vanne de recyclage de gaz d'échappement (46) et d'un raccordement (42) pour un conduit d'alimentation (43) d'un dispositif d'introduction d'air secondaire. 7. Culasse selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que la vanne de recyclage de gaz d'échappement (46) possède un obturateur (48) permettant de découvrir un orifice (47) ménagé dans la bride (41) entre les canaux (36, 37). 8. Culasse selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les canaux (36, 37) s'étendent pour l'essentiel parallèlement à proximité d'un plan longitudinal médian (33) du corps de culasse (14, 16, 17). 9. Culasse selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les canaux (36, 37) sont agencés dans une cloison (18) de la culasse entre des soupapes d'admission et d'échappement (31, 32) des conduits d'admission et d'échappement (28, 29). 10. Culasse selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les raccordements (38, 39) du système intégré de canaux (34) débouchent dans les conduits d'admission et d'échappement (28, 29) près des soupapes d'admission et d'échappement (31, 32). 11. Culasse selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le système intégré de canaux (34) est formé d'un seul tenant, à la coulée, dans la culasse (11).