Brevet FR2768464A1 — publié le 19990319

Dispositif d'admission d'air pour moteur à combustion interne La présente invention concerne un dispositif d'admission d'air pour moteur à combustion interne à cylindres. Ces moteurs, utilisés couramment dans la plupart des véhicules tels qu'automobiles et camions, sont habituellement alimentés en air par un système d'admission comprenant plusieurs éléments distincts interconnectés au moyen de canalisations, tels que par exemple un filtre à air destiné à retenir d'éventuelles poussières, un boîtier papillon destiné à ajuster le débit d'air fourni au moteur, et un répartiteur destiné à distribuer l'air vers plusieurs tubulures d'admission alimentant en air chacun des cylindres du moteur. Le fait que ces éléments soient distincts en accroît le coût et le volume total, en complique le montage, et accroît les risques de fuites. Par ailleurs, de tels moteurs comprennent généralement une pièce, dénommée cache-culasse, servant à isoler de l'extérieur du moteur les cames commandant l'ouverture et la fermeture des soupapes d'admission et d'échappement, et autres organes similaires. Ce cache-culasse, fixé classiquement à la partie supérieure du moteur, en accroît le volume global. Afin d'éliminer les éventuelles vapeurs combustibles et/ou huileuses s'accumulant sous le cache-culasse durant le fonctionnement du moteur, une canalisation relie généralement le cache-culasse au système d'admission, afin que lesdites vapeurs soient brûlées dans le moteur. Ceci accroît encore la complexité du système d'admission. En vue notamment de réduire le nombre de pièces à assembler lors du montage final des véhicules munis d'un moteur à combustion interne à cylindres, la présente invention vise à fournir un dispositif d'admission d'air intégrant la plupart des éléments essentiels d'un système d'admission d'air, et servant en outre de cache-culasse. Dès lors, un premier objet de la présente invention concerne un boîtier hermétique pour dispositif d'admission d'air d'un moteur à combustion interne à cylindres, comprenant un orifice d'entrée d'air et plusieurs orifices de sortie, ledit boîtier étant conçu pour recevoir notamment un filtre à air, une vanne de réglage du débit d'air, et un répartiteur auquel sont raccordés les orifices de sortie, ledit boîtier comprenant un évidement latéral servant de cache-culasse pour le moteur. Ce boîtier peut être réalisé en tout matériau approprié; avantageusement, il est essentiellement constitué d'au moins une matière thermoplastique. Par matière -2- thermoplastique, on entend désigner tout polymère thermoplastique ou mélange de tels polymères, comprenant éventuellement un ou plusieurs additifs tels que lubrifiants, stabilisants, pigments, matières de charge ou de renforcement, etc. On préfère utiliser un ou plusieurs polymère choisi parmi les polyoléfines, les polyamides, le polysulfure de phénylène, les polyarylamides et les polyphtalamides, et tout particulièrement parmi les polyamides et les polymères du propylène. La ou les matières thermoplastiques utilisées peuvent être mises en oeuvre par toute technique appropriée, par exemple par moulage par injection. S'il est avantageux que la plus grande partie du bottier soit constituée d'au moins une matière thermoplastique, ceci n'exclut pas la présence de pièces spécifiques (inserts, vis, clips, ressorts, etc.) constituées d'autres matériaux, par exemple d'un ou plusieurs métaux. La partie du boîtier essentiellement constituée de matière(s) thermoplastique(s) ne constitue pas forcément une pièce unique. Au contraire, il est souvent préférable de la réaliser par assemblage (par exemple collage, soudage, vissage, encliquetage, etc.) de plusieurs pièces élémentaires. Le boîtier de l'invention est destiné à constituer l'élément principal d'un dispositif d'admission d'air pour moteur à combustion interne. Un tel dispositif vise à distribuer un flux d'air aux différents cylindres d'un moteur, après notamment l'avoir filtré et en avoir réglé le débit. L'air pénètre dans le dispositif par l'orifice d'entrée d'air, et en ressort par les orifices de sortie, auxquels sont raccordées des tubulures amenant l'air à chacun des cylindres du moteur. Ces tubulures sont généralement fixées au dispositif de manière amovible (par exemple par vissage ou clipsage). Le boîtier de l'invention permet de réaliser un tel dispositif d'une manière aisée, peu encombrante et peu coûteuse. A ces fins, le boîtier de l'invention est conçu pour recevoir les organes susmentionnés (filtre à air, etc.), c'est-à-dire que le boîtier a une forme et des dimensions appropriées, et qu'il comprend des moyens de fixation (par exemple des nervures, rainures, protubérances, filetages, encoches, inserts, etc.) permettant de fixer ces organes dans le boîtier. Ces moyens de fixation peuvent faire partie intégrante du boîtier ou lui avoir été fixés après sa fabrication, par exemple par soudage ou collage. De même, le boîtier comporte des moyens de cloisonnement, subdivisant ou permettant de subdiviser son volume intérieur en différentes zones séparées hermétiquement les unes des autres (ce qui n'exclut naturellement pas que des orifices ou des canalisations assurent une communication de certaines de ces zones entre elles ou avec des organes extérieurs). Ces moyens de cloisonnement peuvent par exemple consister en des -3.- rainures ou nervures auxquelles pourront être ultérieurement fixées des plaques, par exemple par collage ou par soudage. Une ou plusieurs plaques servant de moyens de cloisonnement peuvent encore faire partie intégrante du boîtier. Dans le cas de moteurs comprenant plusieurs soupapes d'admission par cylindre, on peut prévoir un orifice de sortie et une tubulure pour chaque soupape d'admission, ou encore utiliser des tubulures se dédoublant, permettant d'alimenter plusieurs soupapes d'admission à partir d'un même orifice de sortie. Avantageusement, le boîtier comprend au moins deux orifices de sortie pour chaque cylindre, les différents orifices correspondant à un même cylindre étant raccordés a celui-ci par des tubulures de longueurs différentes, ainsi qu'un obturateur commun (à plusieurs voies) permettant d'imposer à l'air un trajet de longueur variable (cependant identique pour chaque cylindre à un moment donné), par exemple en fonction du régime du moteur, sous le contrôle d'un calculateur. Le cas échéant, cette variante peut s'appliquer à chaque soupape d'admission si chaque cylindre comporte plusieurs soupapes d'admission. Le filtre à air peut être de tout type, et constitue un organe bien connu en tant que tel; il comprend par exemple une feuille de feutre ou une feuille de papier plissée. Pour en assurer la rigidité mécanique, le filtre peut être muni d'éléments de renforcement, par exemple d'un treillis métallique ou de matière plastique; le filtre peut encore être déposé sur un support disposé dans le boîtier ou en faisant partie. A cette fin, il est avantageux que le boîtier comprenne un support destiné à supporter le filtre à air. Ce support peut par exemple consister en une nervure ou en un rebord périphériques faisant partie de la paroi du boîtier. Le filtre à air peut être plan, séparant longitudinalement le boîtier en une partie amont et une partie aval par rapport au filtre; il peut également être cylindrique (ou avoir toute forme topologiquement équivalente, par exemple celle d'une bande rectangulaire), l'entrée de l'air se faisant par exemple par le centre du cylindre. En vue de permettre un remplacement aisé du filtre, le boîtier comporte avantageusement une partie amovible, par exemple un couvercle vissé ou clipsé, permettant d'accéder au filtre et pouvant en outre, éventuellement, assurer son immobilisation par compression. Afin d'accroître son efficacité, le filtre est souvent muni d'un ou plusieurs joints empêchant toute fuite latérale. Si le filtre à air est de grandes dimensions et si la vanne de réglage du débit d'air est disposée approximativement en regard de son centre, il peut être avantageux que la vanne - ou plus précisément l'une de ses parties fixes, par exemple un éventuel tronçon de canalisation dans lequel l'élément obturant de la -4- vanne serait installé - soit munie d'une ou plusieurs protubérances permettant de soutenir le filtre en son centre. La vanne de réglage du débit d'air est de préférence disposée en aval du filtre à air; elle peut être de tout type connu. On peut notamment utiliser une vanne papillon, bien connue dans le secteur automobile, comprenant un disque rigide pivotant autour d'un axe et pouvant obturer un orifice que doit obligatoirement emprunter l'air. A cette fin, le boîtier comprend avantageusement une paroi séparant le répartiteur de la partie du boîtier o est installé le filtre à air, ladite paroi comportant un orifice apte à recevoir la vanne. De préférence, cet orifice est prolongé par un tronçon de canalisation, dans lequel peut être installée la vanne, ou plus précisément son obturateur, c'est-à- dire sa partie mobile. La vanne est commandée soit directement, par exemple par un organe de commande électromécanique installé à l'intérieur du boîtier (cet organe étant relié électriquement à un circuit de commande intérieur ou extérieur au boîtier), soit indirectement, par exemple au moyen d'une tringle ou d'un câble flexible la reliant mécaniquement à un mécanisme extérieur. La vanne peut en outre présenter des caractéristiques accessoires bien connues dans le domaine; elle peut notamment comprendre un bypass de ralenti. Le répartiteur, placé en aval du filtre à air et de la vanne de réglage, est un simple volume servant à distribuer l'air vers les différents orifices de sortie, qui y débouchent. Bien qu'en principe l'air n'y pénètre que par l'intermédiaire de la vanne de réglage susmentionnée, on peut prévoir par exemple une entrée auxiliaire par laquelle une partie des gaz d'échappement (sous le contrôle d'une autre vanne) peut être introduite dans le répartiteur en vue d'être soumise à une nouvelle combustion (fonction EGR - "exhaust gas recirculation"). Par ailleurs, on peut encore munir le répartiteur d'un ou plusieurs piquages, c'est-à- dire d'un ou plusieurs orifices permettant de mettre le répartiteur en communication avec d'autres organes extérieurs au boîtier, en vue par exemple d'aspirer les vapeurs d'essence provenant d'un canister associé au réservoir à carburant, ou encore de mesurer la dépression régnant dans le répartiteur, de transmettre cette dépression à un éventuel régulateur de pression du carburant, de fournir un vide partiel à un système de freinage assisté ("master-VAC") ou à une vanne de recirculation des gaz d'échappement (EGR), etc. Selon une variante avantageuse, l'une des parois du répartiteur forme une partie d'une paroi extérieure du boîtier, et est constituée d'une plaque latérale que l'on fixe au reste du boîtier (par exemple par soudage), préalablement fabriqué. -5 - Cette variante permet de mouler par injection une pièce (démoulable) à laquelle il suffira de fixer une telle plaque latérale ainsi qu'un couvercle (permettant d'accéder au filtre à air, comme exposé ci-dessus) pour obtenir ledit boîtier. Les orifices de sortie peuvent éventuellement être munis de tronçons de canalisation s'étendant à l'intérieur du boîtier. Cette variante est avantageuse dans la mesure o, pour des raisons de dynamique des fluides (résonance, etc.), il est souvent nécessaire de donner aux tubulures une longueur supérieure à un certain seuil, tout en limitant l'encombrement de ces tubulures dans le compartiment du moteur. Par ailleurs, les orifices de sortie peuvent également être éventuellement munis de tronçons de canalisation s'étendant à l'extérieur du boîtier, en vue par exemple de faciliter la connexion des tubulures lors de l'assemblage final. L'évidement latéral du boîtier servant de cache-culasse a une forme et des dimensions lui permettant effectivement de jouer ce rôle, c'est-à- dire d'abriter les cames commandant l'ouverture et la fermeture des soupapes du moteur, et autres organes similaires. Cet évidement doit être substantiellement hermétique vis-aà-vis de l'intérieur comme de l'extérieur du boîtier, ou du moins le boîtier doit être conçu de façon à permettre de créer un tel évidement hermétique. A cette fin, le boîtier peut comporter des éléments tels que des nervures ou rainures, permettant d'y fixer (par exemple par collage ou soudage) une plaque de séparation; alternativement, une telle plaque peut également faire partie intégrante du boîtier. Bien que la séparation entre l'évidement et l'intérieur du boîtier soit décrite comme hermétique, il est toutefois avantageux que ledit évidement soit raccordé au répartiteur de manière à ce que les vapeurs s'accumulant sous le cache-culasse pendant le fonctionnement du moteur soient aspirées dans le répartiteur en vue d'être brûlées dans le moteur. Ce raccordement peut se faire au moyen d'une canalisation appropriée. Lorsque le répartiteur est adjacent à l'évidement et n'en est séparé que par une paroi, ce raccordement peut aisément se réaliser au moyen d'un ou plusieurs simples orifices percés dans cette paroi. Cette paroi peut faire partie intégrante du boîtier, ou y être fixée par soudage, collage, vissage ou par une technique similaire. Il est avantageux qu'un déshuileur soit interposé entre l'évidement latéral et le répartiteur, afin d'empêcher que des gouttelettes d'huile ne soient aspirées dans le répartiteur. Un tel déshuileur, bien connu en tant que tel, peut notamment comprendre des chicanes. De plus, le boîtier peut être muni d'un orifice obturable permettant de remplir aisément d'huile le carter (c'est-à-dire la culasse) du moteur. -6- De manière connue en soi, le boîtier est muni, généralement à la périphérie de l'évidement latéral servant de cache-culasse, de moyens permettant de fixer le boîtier sur un moteur. Ces moyens peuvent notamment consister en une bride munie d'orifices, permettant une fixation par boulons. Un joint d'étanchéité peut avantageusement être interposé entre le boîtier et le moteur. Un autre objet de la présente invention concerne un dispositif d'admission d'air pour moteur à combustion interne à cylindres, comprenant un boîtier hermétique tel que décrit ci-dessus, contenant notamment un filtre à air, une vanne de réglage du débit d'air, et un répartiteur auquel sont raccordés les orifices de sortie ledit boîtier comprenant un évidement latéral servant de cache-culasse pour le moteur. De préférence, le dispositif également est essentiellement constitué d'au moins une matière thermoplastique, sans exclure la présence de pièces spécifiques (vanne papillon, inserts, vis, clips, ressorts, etc.) constituées d'autres matériaux, par exemple de métaux. Des détails concernant le filtre à air, la vanne de réglage et le répartiteur ont été donnés ci-dessus. Outre ces différents organes, on peut avantageusement intégrer au dispositif un calculateur assurant notamment la commande de la vanne de réglage du débit d'air, ledit calculateur étant muni d'un capteur de pression s'étendant dans le répartiteur et mesurant la pression qui y règne. L'un des avantages de cette variante est qu'elle rend superflu le montage séparé d'un capteur de pression dans le répartiteur, et son raccordement au calculateur par un câble. Le calculateur peut par exemple être enfiché dans le boîtier par un orifice pratiqué dans une partie de sa paroi commune au répartiteur, le calculateur étant au moins partiellement accessible depuis l'extérieur dudit boîtier de façon à pouvoir aisément le raccorder à d'autres organes et/ou l'extraire en cas de besoin. Dans un tel cas, un joint d'étanchéité peut être requis. Le calculateur peut également être connecté à un ou plusieurs organes internes au dispositif de l'invention, par exemple à un organe électromécanique commandant l'ouverture de la vanne de réglage du débit d'air. Le dispositif décrit ci-dessus répond aux objectifs initialement énumérés: il permet une réduction du nombre de pièces constituant le système d'admission d'un moteur à combustion interne, ce qui entraîne un gain de poids et de volume (d'o un coût inférieur) ainsi qu'un assemblage final au moteur plus rapide. -7- Un autre objet de la présente invention concerne dès lors un moteur à combustion interne à cylindres, auquel est associé un dispositif d'admission d'air tel que défini ci-dessus, servant en outre de cacheculasse, et dont les orifices de sortie sont raccordés aux cylindres du moteur par des tubulures. L'orifice d'entrée, par o pénètre l'air, peut déboucher directement à l'air libre; il peut également être relié par une canalisation à la sortie d'un autre organe disposé en amont, tel que par exemple un organe d'insonorisation. DESCRIPTION DES DESSINS Les figures annexées illustrent de façon non limitative différentes variantes de réalisation de l'invention, qui ont été réalisées à titre d'exemple. La figure 1 représente schématiquement, en élévation, une coupe d'un dispositif conforme à l'invention. La figure 2 représente une coupe du même dispositif vu de profil. Les figures 3 et 4 représentent, en coupe de profil, d'autres dispositifs conformes à l'invention. Ces figures sont schématiques et ne représentent pas tous les détails de réalisation; par exemple, elles ne décrivent pas les détails du raccordement des tubulures aux orifices de sortie (par encliquetage ou vissage, etc.). Le dispositif comprend un boîtier (1) en matière thermoplastique dans lequel l'air pénètre par un orifice d'entrée d'air (2). L'air est tout d'abord filtré par un filtre à air (3); ensuite il traverse une vanne papillon (4) permettant d'en régler le débit (dont le mécanisme de commande n'est pas représenté), puis il arrive dans un répartiteur (5) comprenant 4 orifices de sortie (6), reliés chacun à un cylindre du moteur (non représenté) par une tubulure (7). A la figure 2, on constate que ces tubulures sont prolongées à l'intérieur du répartiteur par des tronçons de canalisations. Ce dispositif est destiné à être monté sur un moteur à combustion interne à cylindres; à cette fin, un évidement (8), pratiqué sur le côté inférieur du boîtier (1) et séparé de l'intérieur du boîtier (1) par une paroi (9), sert de cache-culasse du moteur, permettant d'isoler du milieu extérieur les cames commandant les soupapes du moteur, et/ou d'autres organes similaires. Le dispositif de la figure 3 est particulièrement compact, grâce au fait que la vanne papillon (4) est disposée sur le côté du répartiteur (5), et non au-dessus, ce qui permet de réduire la hauteur totale du dispositif. On a en outre représenté sur la figure 3 un déshuileur (12), interposé entre l'évidement (8) et le répartiteur (5). A la figure 4, le dispositif de l'invention est muni d'un calculateur (10), inséré dans un orifice pratiqué dans la paroi extérieure du boîtier (maintenu en place par - 8 - des moyens non représentés), et comportant un capteur (13) s'étendant dans le répartiteur (5) et permettant de mesurer la pression qui y règne. Des joints assurent l'étanchéité du boîtier et du répartiteur. (Le calculateur ne s'étend naturellement pas sur toute la longueur du dispositif - perpendiculairement au plan de la figure -, sans quoi l'air ne pourrait pas circuler du filtre à air vers le répartiteur.) La paroi du boîtier dans laquelle sont pratiqués les orifices de sortie (6) n'est pas commune au répartiteur, et un tronçon de canalisation (1 1) raccorde chaque orifice de sortie (6) au répartiteur (5). En vue de plan, ces tronçons de canalisation ( 11) sont disposés de part et d'autre de la vanne (4). En outre, les axes de ces tronçons de canalisation (1 1) sont disposés dans le plan de la paroi interne (9) séparant l'évidement latéral (8) de l'espace intérieur du boîtier, o circule l'air. Ces tronçons forment donc des protubérances semi-cylindriques parallèles dans chacune de ces deux zones. La paroi latérale du répartiteur commune à la paroi extérieure du boîtier est constituée d'une plaque (14) qui y est soudée, et la paroi supérieure (15) du boîtier est amovible, permettant notamment un remplacement aisé du filtre. On notera qu'à l'exception de ces deux éléments (14-15) rapportés ultérieurement, la partie restante du boîtier constitue une pièce unique qui a été moulée par injection en une seule opération, en utilisant une installation de moulage comportant: - un poinçon inférieur, mobile verticalement, qui a servi à former l'évidement latéral (8) et la surface inférieure de la paroi interne (9), y compris les parois inférieures (semi-cylindriques) des tronçons de canalisation (11), - un poinçon latéral droit, mobile horizontalement, qui a servi à former le répartiteur (5), y compris son orifice o sera fixée la vanne de réglage du débit (4), ainsi que la surface intérieure des tronçons de canalisation (11) reliant le répartiteur (5) aux orifices de sortie (6), et - un poinçon supérieur, mobile verticalement, qui a servi à former le reste de l'espace intérieur du boîtier (comprenant notamment le logement du filtre à air) et la surface supérieure de la paroi interne (9), y compris les parois supérieures (semi-cylindriques) des tronçons de canalisation ( 11), Une fois que cette pièce a été moulée, on y a monté le filtre à air, la vanne de réglage du débit d'air (y compris le tronçon de canalisation dans lequel elle est disposée et son dispositif de commande), et les autres accessoires nécessaires au fonctionnement du dispositif On a également percé les orifices assurant la communication de certaines zones du boitier les unes avec les autres ou avec -9- l'extérieur. Ensuite, on a rendu le répartiteur (5) définitivement hermétique vis-à- vis de l'extérieur du boîtier en y soudant la plaque (14), on a fixé le couvercle (15) au boîtier, et on a inséré le calculateur (10) dans son logement. - 10- REVENDICATIONS 1 - Boîtier hermétique (1) pour dispositifd'admission d'air d'un moteur à combustion interne à cylindres, comprenant un orifice d'entrée d'air (2) et plusieurs orifices de sortie (6), ledit boîtier étant conçu pour recevoir notamment un filtre à air (3), une vanne de réglage du débit d'air (4), et un répartiteur (5) auquel sont raccordés les orifices de sortie (6), ledit boîtier comprenant un évidement latéral (8) servant de cache-culasse pour le moteur. 2 - Boîtier selon la revendication 1, essentiellement constitué d'au moins une matière thermoplastique. 3 - Boîtier selon l'une des revendications précédentes, comprenant un support destiné à supporter le filtre à air (3). 4 - Boîtier selon l'une des revendications précédentes, comprenant une paroi séparant le répartiteur (5) de la partie du boîtier o est installé le filtre à air (3), ladite paroi comportant un orifice apte à recevoir la vanne (4). 5 - Boîtier selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'évidement latéral (8) servant de cache-culasse est raccordé au répartiteur (5) de manière à ce que les vapeurs s'accumulant sous le cache-culasse pendant le fonctionnement du moteur soient aspirées dans le répartiteur en vue d'être brûlées dans le moteur. 6 - Boîtier selon la revendication précédente, dans lequel un déshuileur (11) est interposé entre l'évidement latéral (8) et le répartiteur (5). 7 - Dispositif d'admission d'air pour moteur à combustion interne à cylindres, comprenant un boîtier hermétique (1) selon l'une des revendications précédentes, contenant notamment un filtre à air (3), une vanne de réglage du débit d'air (4), et un répartiteur (5) auquel sont raccordés les orifices de sortie (6), ledit boîtier comprenant un évidement latéral (8) servant de cache-culasse pour le moteur. 8 - Dispositif selon la revendication précédente, auquel est intégré un calculateur (10) assurant notamment la commande de la vanne de réglage du débit d'air (4), ledit calculateur étant muni d'un capteur de pression s'étendant dans le répartiteur (5) et mesurant la pression qui y règne. - I1 - 9 - Moteur à combustion interne à cylindres, auquel est associé un dispositif d'admission d'air selon l'une des deux revendications précédentes, servant en outre de cache-culasse, et dont les orifices de sortie sont raccordés aux cylindres du moteur par des tubulures (7).