Brevet FR2849676A1 — publié le 20040709

La présente invention concerne une culasse pour moteur diesel à injection directe comportant des moyens pour améliorer le compromis " swirl " perméabilité. Le mot " swirl " utilisé couramment par les spécialistes désigne la mise en rotation de l'écoulement de l'air envoyé dans les cylindres du moteur. Sur les moteurs diesel à injection directe, le swirl est nécessaire au moment de la phase d'injection pour assurer un mélange correct entre air et carburant. Ce swirl est produit à l'aide d'architectures différentes de systèmes d'admission. Le besoin de ce swirl est surtout élevé pour les faibles charges. L'augmentation du swirl est généralement associée à une chute importante de la perméabilité. Pour obtenir une 10 perméabilité correcte, on a recours aux motifs comportant deux soupapes d'admission par cylindre. Différents motifs de soupapes admission peuvent être utilisés caractérisés en général par l'angle mesuré dans un plan perpendiculaire à l'axe cylindre, compris entre le plan de la face d'entrée culasse et l'axe passant par les deux soupapes admission. Une des difficultés consiste à obtenir une direction des 15 conduits favorable à la création d'un mouvement tangentiel naturel en raison de l'architecture très compacte de ces culasses. Il est de plus utile de pouvoir faire varier le swirl de façon continue afin de pouvoir l'adapter à la charge du moteur. L'utilisation des motifs à deux conduits tangentiels par cylindre est maintenant 20 très répandue (voir notamment les brevets EP O 634 571 et EP O 666 409). Le scénario le plus favorable est de pouvoir disposer librement la fibre neutre des conduits pour bénéficier de l'effet tangentiel maximum. Lorsque la bougie de préchauffage est disposée côté admission, une des solutions consiste à passer la bougie sous ce conduit. Mais cela se traduit par une hauteur de conduit d'admission 25 très importante. Lorsque la direction du conduit le plus court n'est pas optimale et qu'il n'est pas possible de passer la bougie sous le conduit court (proximité de bougie, ...) l'interaction entre les deux soupapes reste importante. De plus, une partie importante de l'écoulement part directement vers le centre du cylindre risquant d'aller à 30 contrarotation du swirl principal d'o une dégradation d'autant plus conséquente du compromis swirl/perméabilité que la demande en swirl est élevée. Le but de la présente invention est de créer une culasse pour moteur diesel à injection directe comportant des aménagements permettant d'améliorer le compromis " swirl " - perméabilité. L'invention vise ainsi une culasse pour moteur diesel à injection directe, comportant pour chaque cylindre deux soupapes d'admission, les conduits d'admission desdites soupapes ayant un profil adapté pour envoyer l'air admis dans le cylindre correspondant suivant une direction sensiblement tangentielle par rapport 5 à la paroi latérale dudit cylindre, la culasse comportant en outre une face d'entrée dans laquelle sont situées les ouvertures d'entrée pour lesdits conduits, l'une desdites soupapes d'admission étant située à une distance de la face d'entrée plus courte que celle de l'autre soupape, l'angle mesuré dans le plan perpendiculaire à l'axe du cylindre, entre le plan de la face d'entrée de la culasse et l'axe passant par les deux 10 soupapes étant compris entre 45 et 900. Suivant l'invention, cette culasse est caractérisée en ce qu'au moins l'un des deux conduits comporte une paroi verticale s'étendant sur toute la longueur dudit conduit de façon à séparer ce dernier en deux demiconduits, au moins l'un desdits demi-conduits comportant près de son ouverture d'entrée, un obturateur coopérant 15 avec des moyens pour commander le déplacement de cet obturateur entre une position d'ouverture, une position de fermeture et des positions intermédiaires variables en fonction du point de fonctionnement du moteur. On peut ainsi modifier en continu le " swirl ", en fonction de la charge du moteur, de façon à obtenir le meilleur compromis swirl - perméabilité, en toutes 20 circonstances. De préférence, les deux conduits comportent chacun une paroi verticale de séparation, chacun des deux demi-conduits comportant un obturateur. Selon une autre particularité avantageuse de l'invention, le conduit le plus court présente à sa sortie, sur la surface annulaire comprise entre la soupape et la face de 25 la culasse adjacente au cylindre un évidement usiné et évasé vers l'extérieur, s'étendant sur un certain secteur angulaire situé dans la direction d'écoulement de l'air vers la paroi du cylindre. Cette disposition permet d'éviter qu'une partie de l'écoulement de l'air soit dirigé vers le centre du cylindre et gène l'effet du swirl obtenu. Selon une autre caractéristique de l'invention, le conduit le plus court comporte légèrement en amont du siège de la soupape une restriction dont le sommet est constitué par une arête. Cette arête permet d'accélérer l'écoulement de l'air, ce qui est également favorable, notamment lors des bas régimes de fonctionnement du moteur. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le siège de chaque soupape comporte en amont de la surface tronconique constituant le siège proprement dit, une zone formant une restriction annulaire du conduit, le sommet de cette restriction étant raccordé par des surfaces annulaires courbes respectivement 5 convergente du conduit vers ledit sommet et divergente dudit sommet vers le siège proprement dit. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs - la figure 1 est une vue en plan schématique de la culasse selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe schématique de l'un des conduits d'admission de la culasse selon l'invention. Comme montré par la figure 1, la culasse 1 pour moteur diesel à injection directe comporte pour chaque cylindre deux soupapes d'admission 2, 3 et deux 15 soupapes d'échappement (non représentées). Les conduits d'admission 4, 5 des soupapes 2, 3 ont un profil adapté pour envoyer l'air admis dans le cylindre correspondant suivant une direction sensiblement tangentielle par rapport à la paroi latérale 6 de ce cylindre. La culasse 1 comporte en outre une face d'entrée 7 dans laquelle sont situées 20 les ouvertures d'entrée pour les conduits 4, 5. L'une 2 des soupapes d'admission est située à une distance de la face d'entrée 7 plus courte que celle de l'autre soupape 3. Par ailleurs, l'angle a mesuré dans le plan perpendiculaire à l'axe X - X' du cylindre, entre le plan de la face d'entrée 7 de la culasse 1 et l'axe 8 passant par les deux soupapes 2, 3 est compris entre 45 et 90 . La bougie de préchauffage 9 est disposée tangentiellement par rapport au conduit le plus court 4. Les dispositions ci-dessus des conduits d'admission 4, 5 sont telles que l'air est admis tangentiellement dans le cylindre et est mis en rotation d'une manière optimale. Ces dispositions permettent également d'obtenir un bon compromis en ce qui 30 concerne la perméabilité. Conformément à l'invention, au moins l'un des deux conduits 4, 5 comporte une paroi verticale 10, 11 s'étendant sur toute la longueur du conduit, de façon à séparer ce dernier en deux demi-conduits 4a, 4b; 5a, 5b. De plus, au moins l'un desdits demiconduits 4a, 4b; 5a, 5b comporte près de son ouverture d'entrée, un obturateur 12, 35 13 coopérant avec des moyens pour commander le déplacement de cet obturateur entre une position d'ouverture, une position de fermeture et des positions intermédiaires variables en fonction du point de fonctionnement du moteur. Ces dispositions permettent de modifier de façon optimale, la mise en rotation (swirl) de l'air admis dans le cylindre, en fonction du point de fonctionnement du moteur, notamment de la charge de ce dernier. Le déplacement du ou des obturateurs 12, 13 peut être commandé par un actionneur, lui-même piloté par un calculateur selon un programme prédéterminé pour obtenir le meilleur compromis " swirl " / perméabilité. De préférence, comme montré par les figures 1 et 2, les deux conduits 4, 5 10 comportent chacun une paroi verticale de séparation 10, 11. De plus, chacun des deux demi-conduits 4a, 4b; 5a, 5b comporte un obturateur 12, 13. Par ailleurs, le conduit le plus court 4 présente à sa sortie, sur la surface annulaire 14 comprise entre la soupape 2 et la face 15 de la culasse adjacente au 15 cylindre, un évidement 16 usiné évasé vers l'extérieur, s'étendant sur un certain secteur angulaire fi situé dans la direction d'écoulement de l'air vers la paroi 6 du cylindre. De préférence, le secteur angulaire fi de l'évidement usiné 16 s'étend suivant un angles compris entre 100 et 1500 environ. Comme montré par la figure 1 la bissectrice 17 du secteur angulaire fs forme un angle n compris entre 30 et 600 environ avec l'axe 8 passant par les deux soupapes 2, 3. Cet évidement 16 permet de diriger l'écoulement de l'air dans la direction B (voir figure 1) en évitant que cet écoulement soit orienté vers le centre du cylindre, c'est-à25 dire suivant la direction A, à contrarotation de l'effet " swirl " recherché. Par ailleurs, comme montré par la figure 2, le conduit d'admission le plus court 4 comporte légèrement en amont du siège 18 de la soupape 2 une restriction dont le sommet est constitué par une arête 19. Cette arête 19 est située dans une zone dans laquelle la face intérieure 20 du 30 conduit 4 présente le plus grand rayon de courbure. Cette arête 19 est également située en amont de l'évidement usiné et évasé 16. Cette disposition permet d'accélérer l'écoulement de l'air à la sortie de la soupape 2, ce qui est également favorable à l'obtention du meilleur compromis " swirl " / perméabilité. L'arête 19 est raccordée par une pente progressive 19a à la partie amont de la face intérieure 20 du conduit 4, tandis qu'elle est raccordée par une pente abrupte 1 9b à la partie aval du conduit 4 située près du siège 18 de la soupape 2. La figure 2 montre d'autre part que le siège de chaque soupape présente en 5 amont de la surface tronconique 18 constituant le siège proprement dit, une zone formant une restriction annulaire du conduit 4. Le sommet 21 de cette restriction est raccordé par des surfaces annulaires courbes respectivement convergente 21a du conduit 4 vers le sommet 21 et divergente 21b du sommet 21 vers le siège 18 proprement dit. Cette disposition permet également d'optimiser l'écoulement de l'air. L'ensemble des dispositions ci-dessus de la culasse selon l'invention permet d'optimiser le " swirl " et la perméabilité pour améliorer le rendement du moteur dans toutes les conditions de charge de ce dernier. REVENDICATIONS 1. Culasse (1) pour moteur diesel à injection directe, comportant pour chaque cylindre deux soupapes d'admission (2, 3), les conduits d'admission (4, 5) desdites soupapes (2, 3) ayant un profil adapté pour envoyer l'air admis dans le cylindre correspondant suivant une direction sensiblement tangentielle par rapport à la paroi 5 latérale (6) dudit cylindre, la culasse (1) comportant en outre une face d'entrée (7) dans laquelle sont situées les ouvertures d'entrée pour lesdits conduits (4, 5), l'une (2) desdites soupapes d'admission étant située à une distance de la face d'entrée (7) plus courte que celle de l'autre soupape (3), l'angle (a) mesuré dans le plan perpendiculaire à l'axe (X X') du cylindre, entre le plan de la face d'entrée (7) de la culasse (1) et l'axe (8) passant 10 par les deux soupapes (2, 3) étant compris entre 45 et 90 , caractérisée en ce qu'au moins l'un des deux conduits (4, 5) comporte une paroi verticale (10, 11) s'étendant sur toute la longueur dudit conduit (4, 5) de façon à séparer ce dernier en deux demi-conduits (4a, 4b; 5a, 5b), au moins l'un desdits demi-conduits comportant près de son ouverture d'entrée, un obturateur (12, 13) coopérant avec des moyens pour commander le 15 déplacement de cet obturateur (12, 13) entre une position d'ouverture, une position de fermeture et des positions intermédiaires variables en fonction du point de fonctionnement du moteur. 2. Culasse selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux conduits (4, 5) comportent chacun une paroi verticale (10, 11) de séparation, chacun des deux demi20 conduits (4a, 4b; 5a, 5b) comportant un obturateur (12, 13). 3. Culasse selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le conduit le plus court (4) présente à sa sortie, sur la surface annulaire (14) comprise entre la soupape (2) et la face (15) de la culasse (1) adjacente au cylindre, un évidement (16) usiné et évasé vers l'extérieur, s'étendant sur un certain secteur angulaire (fi) situé dans 25 la direction d'écoulement de l'air vers la paroi (6) du cylindre. 4. Culasse selon la revendication 3, caractérisée en ce que le secteur angulaire (fi) dudit évidement usiné (16) s'étend suivant un angle compris entre 100 et 1500 environ. 5. Culasse selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que la 30 bissectrice (17) dudit secteur angulaire (fi) forme un angle compris entre 30 et 600 environ avec l'axe (8) passant par les deux soupapes (2, 3). 6. Culasse selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le conduit le plus court (4) comporte légèrement en amont du siège (18) de la soupape (2) une restriction dont le sommet est constitué par une arête (19). 7. Culasse selon la revendication 6, caractérisée en ce que ladite arête (19) est 5 située dans une zone dans laquelle la face intérieure du conduit (4) présente le plus grand rayon de courbure. 8. Culasse selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que ladite arête (19) est raccordée par une pente progressive (19a) à la partie amont de la face intérieure (20) du conduit (4), tandis qu'elle est raccordée par une pente abrupte (19b) à 0 la partie aval du conduit (7) située près du siège (18) de la soupape (2). 9. Culasse selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le siège de chaque soupape comporte en amont de la surface tronconique (18) constituant le siège proprement dit, une zone formant une restriction annulaire du conduit (4), le sommet (21) de cette restriction étant raccordé par des surfaces annulaires courbes 15 respectivement convergente (21a) du conduit (4) vers ledit sommet (21) et divergente (21 b) dudit sommet vers le siège (18) proprement dit.