Brevet FR2735815A1 — publié le 19961227

MOTEUR A COMBUSTION INTERNE MULTICYLINDRE COMPORTANT UN DISPOSITIF D'INTRODUCTION D'AIR DANS LE8 CONDUITS D'ECHAPPEMENT La présente invention se rapporte aux moteurs à combustion interne destinés notamment à équiper les véhicules automobiles, et plus précisément aux moteurs comportant des dispositifs d'introduction d'air dans les conduits d'échappement afin de provoquer des réactions d'oxydation favorisant l'amorçage rapide des catalyseurs. Les normes concernant la pollution et la consommation des moteurs à combustion interne équipant les véhicules automobiles, se sévérisent chaque jour davantage dans l'ensemble des pays industrialisés. L'industrie automobile est donc aujourd'hui occupée à trouver des solutions techniques pour répondre à ces obligations et ce, sans trop pénaliser ni les performances des moteurs ni leur prix de revient. Pour diminuer la teneur en produits polluants contenus dans les gaz d'échappement, l'industrie automobile a adopté l'utilisation de dispositifs de dépollution traitant par conversion catalytique les composants nocifs des gaz d'échappement. Ces dispositifs, encore appelés pots catalytiques, sont le siège de réactions chimiques d'oxydation des hydrocarbures imbrûlés HC et du monoxyde de carbone CO ainsi que de réduction des oxydes d'azote NOx. Toutefois, de telles réactions catalytiques ne peuvent pas s'amorcer en deçà d'un certain niveau de température. I1 s'ensuit donc, notamment lors des démarrages à froid, une phase de fonctionnement plus ou moins longue pendant laquelle les produits polluants contenus dans les gaz d'échappement ne sont pas ou insuffisamment traités. On peut ainsi estimer que 80 à 90% des polluants émis lors d'un cycle de fonctionnement du moteur, l'ont été pendant les deux premières minutes de fonctionnement du moteur. Différents dispositifs ont donc été développés pour accélérer la montée en température des catalyseurs. Parmi les plus performants figurent les dispositifs d'injection de gaz comburant, tel que de l'air, dans les conduits d'échappement en amont des catalyseurs dans le sens de l'écoulement des gaz. En effet, l'apport d'air combiné à la présence d'une quantité résiduelle de carburant dans les gaz d'échappement provoque des réactions de post-combustion exothermiques qui augmentent sensiblement la température de ces derniers et donc accélèrent la montée en température des catalyseurs qu'ils balayent. On sait que cet apport d'air extérieur, pour être efficace, doit se faire le plus près possible de la sortie des chambres de combustion du moteur, de façon à utiliser au mieux l'énergie thermique des gaz d'échappement. Dans les dispositifs connus, l'air est donc distribué par un collecteur et des tubes dérivés pénétrant dans chaque conduit d'échappement et se prolongeant jusqu'au voisinage de la soupape d'échappement correspondante. Cette solution présente de nombreux inconvénients et notamment des difficultés d'assemblage ainsi que des difficultés pour assurer l'étanchéité aux points de pénétration des différents tubes. La présente invention a donc pour but de remédier à ces divers inconvénients, grâce à un moteur à combustion interne présentant une culasse adaptée permettant tout à la fois de faciliter l'intégration du dispositif d'introduction d'air et d'améliorer la compacité du moteur. Le moteur à combustion interne selon l'invention, comporte une culasse dans laquelle est ménagé pour chacune des chambres de combustion, un conduit d'échappement communiquant avec la tubulure correspondante d'un collecteur d'échappement et un passage d'injection d'air débouchant d'une part, dans un canal de distribution d'air et d'autre part, dans le conduit d'échappement au voisinage de la chambre de combustion. Selon l'invention, le moteur à combustion interne est caractérisé en ce que le conduit d'échappement est incurvé en direction du plan transversal médian de la culasse et en ce que le passage d'injection d'air débouche sur le côté du conduit d'échappement qui s'étend à l'opposé du plan transversal médian de la culasse. Selon une autre caractéristique du moteur à combustion interne objet de l'invention, le passage d'injection d'air et le canal de distribution d'air sont ménagés directement à travers la culasse, le canal de distribution d'air s'étendant le long de la face latérale de la culasse sur laquelle est fixé le collecteur d'échappement. Selon une autre caractéristique du moteur à combustion interne objet de l'invention, le canal de distribution d'air s'étend axialement sur sensiblement toute la longueur de la culasse en venant entourer partiellement chacun des orifices d'échappement. Selon un premier mode de réalisation du moteur à combustion interne objet de l'invention, le conduit d'échappement débouche sur la face latérale de la culasse sur laquelle est fixé le collecteur d'échappement, sensiblement perpendiculairement à cette dernière. Selon un second mode de réalisation du moteur à combustion interne objet de l'invention, le conduit d'échappement débouche sur la face latérale de la culasse sur laquelle est fixé le collecteur d'échappement, de façon oblique en direction du plan transversal médian de la culasse. Selon ce second mode de réalisation du moteur à combustion interne objet de l'invention, l'angle formé entre l'axe du conduit d'échappement et la normale à la face latérale de la culasse sur laquelle est fixé le collecteur d'échappement, est compris entre 5 et 150. Selon encore un autre mode de réalisation du moteur à combustion interne objet de l'invention, le conduit d'échappement débouche dans la chambre de combustion correspondante par deux orifices distincts par l'intermédiaire d'une partie d'extrémité formant deux branches réunies en Y, le passage d'injection d'air débouchant alors dans celle des deux branches qui communique avec l'orifice le plus éloigné du plan transversal médian de la culasse. On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description donnée ci-après de différents modes de réalisation de l'invention, présentés à titre d'exemples non limitatifs, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue schématique partielle, d'un conduit d'échappement ménagé dans une culasse de moteur à combustion interne selon l'invention la figure 2 est une vue en coupe transversale partielle, suivant la ligne II-II de la figure 1 la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2 la figure 4 est une vue analogue à la figure 1 présentant une variante de réalisation. Pour faciliter la lecture des dessins, les mêmes pièces portent les mêmes références d'une figure à l'autre. Par ailleurs, seuls les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés. En se reportant aux figures 1 à 3 qui concernent un premier mode de réalisation de l'invention, on voit une partie de la culasse 1 d'un moteur à combustion interne de type multicylindre destiné par exemple à équiper un véhicule automobile. La culasse 1 est une pièce de fonderie qui présente une face inférieure destinée à chapeauter le bloc moteur (non représenté) et où sont agencées les chambres de combustion surmontant les différents cylindres. Chacune des chambres de combustion est pourvue d'un conduit d'échappement 4 destiné à l'éva:uation des gaz brûlés. Le conduit d'échappement 4 débouche dans la chambre de combustion selon l'exemple figuré, par deux orifices distincts 2, 3 par l'intermédiaire d'une partie d'extrémité formant deux branches réunies en Y. Ces orifices 2 et 3 de type siamoisés constituent classiquement les sièges d'une paire de soupapes à tige non figurées qui commandent le passage des gaz à travers le conduit 4. L'autre extrémité du conduit 4 débouche sur une face latérale 10 de la culasse 1 pour être relié à la ligne d'échappement par l'intermédiaire de la tubulure correspondante 9 d'un collecteur d'échappement qui vient se fixer de façon étanche sur la culasse 1 grâce à une bride adaptée 7 et un joint d'étanchéité 8. La ligne d'échappement est elle, classiquement équipée d'un pot non figuré destiné au traitement catalytique des gaz d'échappement. Pour accélérer la montée en température du pot catalytique disposé sur la ligne d'échappement en aval du collecteur dans le sens d'écoulement des gaz d'échappement, le moteur est équipé d'un dispositif d'injection d'air à l'échappement. Ce dispositif comprend notamment une pompe pilotée (non représentée) et un réseau de distribution intégré directement à la culasse. Ce réseau comporte un canal de distribution d'air 5 s'étendant le long de la face 10 et venant de fonderie avec la culasse 1, de façon à être fermé par la bride de fixation 7 du collecteur d'échappement, et des passages d'injection d'air 6 usinés directement à travers la culasse 1 qui débouchent dans chacun des conduits d'échappement 4 au voisinage de la chambre de combustion correspondante. Le canal de distribution d'air 5 s'étend axialement sur sensiblement toute la longueur de la culasse 1 en entourant partiellement chacun des orifices d'échappement débouchant sur la face latérale 10 de la culasse 1. Le conduit d'échappement 4 qui s'étend sensiblement horizontalement à travers la culasse l de façon à réduire l'encombrement en hauteur de cette dernière, est incliné en direction du plan transversal médian de la culasse 1. Le conduit 4 incurvé en S débouche sur la face latérale 10 de la culasse 1 sensiblement perpendiculairement à cette dernière. Le décalage entre le conduit d'échappement 4 et l'axe du cylindre correspondant permet d'usiner simplement le passage d'injection d'air 6 en opérant perpendiculairement à la face 10 de la culasse 1. Le passage 6 débouche alors d'une part dans le fond du canal 5, sur le côté du conduit d'échappement 4 qui s'étend à l'opposé du plan transversal médian, et d'autre part dans celle des deux branches du conduit 4 qui communique avec l'orifice 3 le plus éloigné dudit plan transversal médian. L'inclination des conduits d'échappement vers le plan transversal médian offre l'avantage supplémentaire de réduire l'encombrement du collecteur d'échappement en rapprochant les sorties des conduits d'échappement les unes des autres. Conformément à la figure 4 un second mode de réalisation de l'invention est figuré. Chacune des chambres de combustion est pourvue d'un conduit d'échappement 44 qui débouche dans la chambre de combustion par deux orifices distincts siamoisés 42 et 43. Le conduit 44 débouche par ailleurs sur une face latérale 410 de la culasse 41 pour être relié à la ligne d'échappement munie d'un pot catalytique par l'intermédiaire de la tubulure correspondante 49 d'un collecteur d'échappement qui vient se fixer de façon étanche sur la culasse 41 grâce à une bride adaptée 47 et un joint d'étanchéité 48. Le moteur est équipé d'un dispositif d'injection d'air à l'échappement comportant un canal de distribution d'air 45 s'étendant le long de la face 410 et des passages d'injection d'air 46 usinés directement à travers la culasse 41 qui débouchent dans chacun des conduits d'échappement 44 au voisinage de la chambre de combustion correspondante. Le conduit d'échappement 44 qui s'étend sensiblement horizontalement à travers la culasse 41 est incliné en direction du plan transversal médian de la culasse pour déboucher sur la face latérale 410 de la culasse 41 de façon oblique par rapport à cette dernière. L'angle B formé entre l'axe du conduit d'échappement 44 et la normale à la face latérale 410 de la culasse 41 est compris entre 50 et 150. Cette disposition tout en permettant la mise en place aisée du passage 46 entre le canal 45 et la branche 43 du conduit d'échappement 4 par un simple perçage horizontal, permet de réduire encore l'encombrement du collecteur d'échappement en faisant converger les tubulures 49 en direction du plan transversal médian de la culasse. Cette compacité du collecteur d'échappement concourt également à la réduction du temps d'amorçage du pot catalytique en réduisant la distance entre les chambres de combustion et ce dernier et donc en réduisant les échanges des gaz brûlés lors de leur transfert entre les chambres de combustion et le pot. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. REVENDICATIONS [1) Moteur à combustion interne comportant une culasse (1;41) dans laquelle est ménagé pour chacune des chambres de combustion, un conduit d'échappement (4;44) communiquant avec la tubulure correspondante (9;49) d'un collecteur d'échappement et un passage d'injection d'air (6;46) débouchant d'une part, dans un canal de distribution d'air (5;45) et d'autre part, dans le conduit d'échappement (4;44) au voisinage de la chambre de combustion, caractérisé en ce que le conduit d'échappement (4;44) est incurvé en direction du plan transversal médian de la culasse (4,41) et en ce que le passage d'injection d'air (6;46) débouche sur le côté du conduit d'échappement (4,44) qui s'étend à l'opposé dudit plan transversal médian. [23 Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que le passage d'injection d'air (6;46) et le canal de distribution d'air (5;45) sont ménagés directement à travers la culasse (1;41), ledit canal (5;45) s'étendant le long de la face latérale (10;410) de la culasse (4;41) sur laquelle est fixé ledit collecteur d'échappement. [3] Moteur à combustion interne selon la revendication 2, caractérisé en ce que le canal de distribution d'air (5;45) s'étend axialement sur sensiblement toute la longueur de la culasse (1;41), ledit canal (5;45) venant entourer partiellement chacun des orifices d'échappement débouchant sur ladite face latérale (10;410) de la culasse. [4] Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le conduit d'échappement (4) débouche sur ladite face latérale (10) de la culasse (1) sensiblement perpendiculairement à cette dernière. [5] Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le conduit d'échappement (44) débouche sur ladite face latérale (410) de la culasse (41) de façon oblique par rapport à cette dernière, en direction dudit plan transversal médian. [6] Moteur à combustion interne selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'angle (B) formé entre l'axe du conduit d'échappement (44) et la normale à ladite face latérale (410) de la culasse (41) est compris entre 50 et 150. [7] Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le conduit d'échappement (4;44) débouche dans la chambre de combustion correspondante par deux orifices distincts (2,3;42,43) par l'intermédiaire d'une partie d'extrémité formant deux branches réunies en Y et en ce que le passage d'injection d'air (6;46) débouche dans celle desdites branches qui communique avec l'orifice (3;43) le plus éloigné dudit plan transversal médian de la culasse (4;41).