Brevet FR2867512A1 — publié le 20050916

"Moteur à combustion interne et siège de soupape prévu pour produire un mouvement tourbillonnaire" La présente invention concerne un moteur à combustion interne, notamment de véhicule automobile, et un siège de 5 soupape prévu pour équiper ce moteur. La présente invention concerne plus particulièrement un moteur à combustion interne, notamment de véhicule automobile, comportant au moins un cylindre dans lequel se déplace un piston, une chambre de combustion qui est délimitée par la face lo inférieure d'une culasse et par la tête du piston, et au moins un conduit d'admission, notamment pour des gaz d'admission, qui est aménagé dans la culasse et qui, suivant le sens de circulation des gaz d'admission, débouche vers l'aval dans la chambre de combustion par un orifice de sortie obturé par une soupape d'admission montée coulissante suivant un axe de coulissement, du type lequel l'orifice de sortie est pourvu d'un siège de soupape, centré sur l'axe de coulissement, comportant une portée sensiblement tronconique qui est prévue pour recevoir en appui axial une face en vis-à-vis de la soupape d'admission lorsqu'elle occupe sa position fermée, du type dans lequel le plus petit diamètre interne du siège de soupape est inférieur au diamètre interne du conduit d'admission au voisinage de l'extrémité axiale amont du siège de soupape, de manière à former une restriction de la section de passage des gaz d'admission qui provoque une accélération du flux des gaz d'admission au passage du siège de soupape. Sur les moteurs à combustion interne modernes, des dispositifs sont prévus pour produire dans les gaz d'admission, ou dans le mélange carburé introduit dans la chambre de combustion, un mouvement aérodynamique ordonné du type "tumble". Ce mouvement aérodynamique est un mouvement de rotation du fluide autour d'un axe sensiblement perpendiculaire à l'axe du cylindre et sensiblement parallèle à l'axe du vilebrequin. Le mouvement de tumble a des effets bénéfiques notamment sur la réduction des émissions de polluants, sur le couple à bas régime, et sur la tolérance vis-à-vis de la dilution. Il permet en outre d'obtenir un cycle de combustion plus tolérant vis-à-vis du cliquetis et des instabilités de combustion. Le mouvement de tumble a aussi des avantages pour améliorer la combustion du mélange carburé lorsque le moteur fonctionne au ralenti. Le mouvement de tumble peut être produit de plusieurs io façons, soit par une architecture propre à la culasse, ce qui permet d'obtenir un mouvement de tumble dit fixe, soit par un mécanisme rapporté qui permet de produire un mouvement de tumble dit variable. D'une manière générale, la génération d'un fort mouvement de tumble s'accompagne d'une dégradation importante de la perméabilité du cylindre, ce qui est pénalisant pour le remplissage du moteur en fonctionnement à pleine charge. Aussi, les systèmes dits de tumble variable, qui peuvent être constitués par exemple par un boîtier à papillon mobile ou par un boisseau mobile, permettent de remédier aux inconvénients liés à la génération d'un mouvement de tumble important à pleine charge, en désactivant les moyens qui produisent le mouvement de tumble lors des phases de fonctionnement à pleine charge. Toutefois, il est utile d'avoir un niveau de tumble non négligeable lors des fonctionnements à pleine charge, d'où l'intérêt de prévoir un système susceptible de produire un mouvement de tumble fixe caractérisé par une perméabilité associée satisfaisante pour le remplissage du moteur. L'idée de base, lorsque l'on souhaite produire un mouvement de tumble dans les gaz d'admission, est de favoriser le débit en amont de la soupape d'admission associée par rapport au débit en aval de la soupape, de manière que le flux d'air frais vienne "lécher" le toit et le fût de la chambre de combustion du côté des orifices d'échappement. A cet effet, il est connu de produire un mouvement de tumble fixe en optimisant la forme des conduits d'admission du cylindre, par exemple en minimisant l'angle entre la fibre neutre des conduits et le toit de la chambre de combustion. L'optimisation de la forme des conduits d'admission peut être pénalisante pour la perméabilité des conduits d'admission. D'autre part, lorsque l'architecture de la culasse ne permet pas le passage de conduits d'admission optimisés pour produire un mouvement de tumble fixe, il est difficile d'obtenir un niveau de tumble suffisamment important sans avoir une baisse importante de la perméabilité. Il est aussi connu de produire un mouvement de tumble fixe en réalisant par moulage une arrête vive à la jonction entre l'orifice de sortie du conduit d'admission et l'usinage qui reçoit le siège de soupape. L'arrête vive vise à créer une re-circulation en amont de la soupape en obstruant partiellement l'orifice de sortie immédiatement en amont de la soupape. Cette solution est peu fiable en raison notamment des dispersions de fonderie lors de la réalisation du conduit d'admission dans la culasse. L'invention propose de produire une accélération locale du flux d'admission à la hauteur du siège de soupape par restriction de la section au niveau du siège de soupape, de manière à provoquer un décollement du flux d'admission au plus près de la face arrière de la soupape, dans l'orifice de sortie du conduit d'admission associé. Le document US-A-6.089.203 propose de réaliser un siège 30 de soupape formant une restriction du conduit d'admission au niveau de l'orifice de sortie. On a représenté sur la figure 2 un siège de soupape réalisé conformément aux enseignements de ce document. Dans ce document, il est prévu un siège de soupape de diamètre interne inférieur au diamètre interne de la paroi interne du conduit d'admission associé, dans son tronçon adjacent au siège de soupape. Le siège de soupape forme donc "une marche montante" symétrique ou dissymétrique selon le cas, dans le sens de l'écoulement du flux d'admission. Le moteur décrit dans ce document n'est pas parfaitement satisfaisant, car le siège de soupape tend à réduire de manière io significative la perméabilité du conduit d'admission, ce qui est pénalisant notamment pour les phases de fonctionnement du moteur à pleine charge. De plus, le siège de soupape de ce document n'est pas prévu pour produire dans le flux d'admission un mouvement du type tumble. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant un siège de soupape pourvu de moyens permettant de produire un mouvement de tumble fixe associé à une bonne perméabilité de l'orifice d'admission. Dans ce but, l'invention propose un moteur du type décrit précédemment, caractérisé en ce que la paroi interne du siège de soupape comporte: - un tronçon d'extrémité amont globalement tronconique convergent; et - un tronçon intermédiaire, dont le diamètre interne est supérieur ou égal à la valeur minimale du diamètre interne du tronçon d'extrémité amont, qui s'étend depuis l'extrémité axiale aval du tronçon d'extrémité amont jusqu'à l'extrémité axiale amont de la portée, de manière à produire, lors de l'ouverture de la soupape, un mouvement aérodynamique ordonné du type "tumble" dans les gaz d'admission. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - le tronçon intermédiaire est divergent; - une portion de la génératrice axiale du tronçon intermédiaire est globalement rectiligne - la génératrice axiale du tronçon intermédiaire a globalement la forme d'un arc de cercle - la valeur maximale du diamètre interne du tronçon d'extrémité amont est sensiblement égale au diamètre interne du conduit d'admission; - la paroi interne du siège de soupape comporte un tronçon d'extrémité aval divergent qui est adjacent à l'extrémité axiale io aval de la portée; - la génératrice axiale du tronçon d'extrémité aval est globalement rectiligne; - la génératrice axiale du tronçon d'extrémité aval a globalement la forme d'un arc de cercle - le moteur comporte des moyens supplémentaires, autres que le siège de soupape, pour produire un mouvement aérodynamique ordonné du type "tumble" dans les gaz d'admission; - chaque cylindre comporte au moins deux conduits 20 d'admission qui débouchent dans la chambre de combustion par deux orifices de sortie correspondants. L'invention propose aussi un siège de soupape comportant une portée sensiblement tronconique qui est prévue pour recevoir en appui axial la face en vis-à-vis d'une soupape d'admission lorsqu'elle occupe sa position fermée, du type dans lequel le plus petit diamètre interne du siège de soupape est inférieur au diamètre interne du conduit d'admission associé au voisinage de l'extrémité axiale amont du siège de soupape, de manière à former une restriction de la section de passage des gaz d'admission qui provoque une accélération du flux des gaz d'admission au passage du siège de soupape, caractérisé en ce que la paroi interne du siège de soupape comporte: - un tronçon d'extrémité amont globalement tronconique convergent; et - un tronçon intermédiaire, dont le diamètre interne est supérieur ou égal à la valeur minimale du diamètre interne du tronçon d'extrémité amont, qui s'étend depuis l'extrémité axiale aval du tronçon d'extrémité amont jusqu'à l'extrémité axiale amont de la portée, de manière à produire, lors de l'ouverture de la soupape, un mouvement aérodynamique ordonné du type "tumble" dans les io gaz d'admission. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe axiale suivant l'axe du cylindre qui représente schématiquement un moteur à combustion interne réalisé conformément aux enseignements de l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe axiale suivant l'axe de la soupape d'admission qui représente l'orifice de sortie du conduit d'admission d'un moteur équipé d'un siège de soupape selon l'état de la technique; - la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 2 qui représente un premier mode de réalisation du siège de soupape selon l'invention équipant le moteur de la figure 1; - la figure 4 est une vue similaire à celle de la figure 2 qui représente schématiquement un second mode de réalisation d'un siège de soupape selon l'invention. Dans la description qui va suivre, des éléments identiques, similaires ou analogues seront désignés par les mêmes chiffres 30 de référence. Sur la figure 1, on a représenté un moteur à combustion interne 10, notamment de véhicule automobile. La figure 1 représente plus particulièrement un cylindre 12 du moteur 10. Un piston 14 se déplace suivant l'axe du cylindre Al suivant un mouvement alternatif entre une position axiale de point mort haut et une position axiale de point mort bas. Le cylindre 12 est aménagé dans un bloc moteur 16 qui est coiffé par une culasse 18, fixée sur sa face supérieure. La surface inférieure 20 de la culasse 18 délimite la partie supérieure d'une chambre de combustion 22, la partie inférieure de la chambre de combustion 22 étant délimitée notamment par la face supérieure 24 de la tête du piston 14. io Un conduit d'admission 26 est aménagé dans la culasse 18 de manière à ce qu'il débouche dans la chambre de combustion 22 à travers un orifice de sortie 28. L'orifice de sortie 28 est obturé par une soupape d'admission 30 qui est montée coulissante suivant un axe de coulissement A2. L'orifice de sortie 28 est pourvu d'un siège de soupape 32 qui est sensiblement centré sur l'axe de coulissement A2 de la soupape 30. Sur la figure 1, la soupape d'admission 30 est représentée en position fermée. Le siège de soupape 32 est pourvu d'une portée sensiblement tronconique 34 qui est prévue pour recevoir en appui axial, suivant l'axe de coulissement A2, une face d'appui tronconique 36 en vis-à-vis de la soupape d'admission 30. De manière classique, le cylindre 12 comporte une bougie d'allumage 38, un injecteur de carburant 40 qui injecte ici le carburant directement dans la chambre de combustion 22, et une soupape d'échappement 42, qui est prévue pour obturer l'orifice d'échappement 44 d'un conduit d'échappement 46. De préférence, le moteur 10 comporte plusieurs soupapes d'admission 30 et plusieurs soupapes d'échappement 42 dans chaque cylindre 12. Sur la figure 2, on a représenté un siège de soupape 32 comportant une restriction de diamètre qui est réalisé conformément aux enseignements du document US-A-6.089.203. L'orifice de sortie du conduit d'admission 26 comporte un usinage 48 formant épaulement. Le siège de soupape 32 est monté dans l'épaulement 48. La paroi interne 50 du siège de soupape 32 comporte ici un tronçon d'extrémité amont globalement cylindrique 52 dont le diamètre d52 est inférieur au diamètre interne D du conduit io d'admission 26 au voisinage de l'extrémité axiale amont 54 du siège de soupape 32. Dans la suite de la description, on appellera diamètre interne D du conduit d'admission 26 son diamètre dans le tronçon d'extrémité qui est adjacent à l'extrémité axiale amont 54 du siège de soupape 32. Dans la suite de la description, on utilisera les adjectifs amont et aval en fonction de la direction globale de circulation du flux F des gaz d'admission. La portée tronconique 34 du siège de soupape 32 s'étend axialement depuis le tronçon d'extrémité amont 52 jusqu'à l'extrémité axiale aval 56 du siège 32. La portée tronconique 34 est donc divergente suivant le sens de circulation des gaz d'admission. Sur la figure 3, on a représenté un premier mode de 25 réalisation du siège de soupape 32 conforme aux enseignements de l'invention. Selon ce premier mode de réalisation, la paroi interne 50 du siège de soupape 32 comporte un tronçon d'extrémité amont 52 globalement tronconique convergent, délimité ici par une extrémité axiale amont El et une extrémité axiale aval E2. Selon le mode de réalisation représenté ici, la valeur maximale du diamètre interne d52 du tronçon d'extrémité amont 52, au niveau de son extrémité axiale amont El, est sensiblement égale au diamètre interne D du conduit d'admission 26. La paroi interne 50 du siège de soupape 32 comporte aussi un tronçon intermédiaire 58, qui s'étend depuis l'extrémité axiale aval E2 du tronçon d'extrémité amont 52 jusqu'à l'extrémité axiale amont E4 de la portée 34. Le diamètre interne d58 du tronçon intermédiaire 58 est supérieur ou égal à la valeur minimale du diamètre interne d52 du tronçon d'extrémité amont 52. De préférence, le tronçon intermédiaire 58 est divergent. Selon le mode de réalisation représenté ici, le tronçon io intermédiaire 58 comporte un premier tronçon 60 dont la génératrice axiale est sensiblement rectiligne et parallèle à l'axe de coulissement A2, et qui s'étend depuis l'extrémité aval E2 du tronçon amont 52 jusqu'à un point intermédiaire E3. Le tronçon intermédiaire 58 comporte un second tronçon 62 dont la génératrice axiale est sensiblement rectiligne et inclinée par rapport à l'axe de coulissement A2 de manière à former un tronçon divergent qui s'étend depuis le point intermédiaire E3 jusqu'à l'extrémité axiale amont E4 de la portée 34. Le tronçon intermédiaire 58 constitue donc un tronçon de raccordement entre le tronçon d'extrémité amont 52 et la portée tronconique 34. Avantageusement, la paroi interne 50 du siège de soupape 32 comporte un tronçon d'extrémité aval divergent 64 qui est adjacent à l'extrémité axiale aval E5 de la portée tronconique 34 et qui s'étend jusqu'à l'extrémité axiale aval 56 du siège 32. Selon le mode de réalisation représenté ici, la génératrice axiale du tronçon d'extrémité aval 64 est globalement rectiligne et inclinée par rapport à l'axe de coulissement A2 de manière à former un tronçon divergent. En fonctionnement, lorsque la soupape d'admission 30 est ouverte, le flux des gaz d'admission subi une accélération locale lorsqu'il rencontre le bourrelet annulaire formé par les tronçons amont 52 et intermédiaire 58, ce qui provoque, dans la partie aval i0 du siège de soupape 32 un décollement de l'écoulement des gaz d'admission qui tend à produire un mouvement aérodynamique de tumble dans la chambre de combustion 22 du cylindre 12. Un second mode de réalisation de l'invention est représenté sur la figure 4. Selon ce mode de réalisation, le tronçon intermédiaire 58 comporte une génératrice axiale qui a globalement la forme d'un arc de cercle. De plus, avantageusement, le tronçon d'extrémité aval 64 i0 comporte aussi une génératrice axiale globalement de la forme d'un arc de cercle. La courbe formée par le tronçon intermédiaire 58 et la courbe formée par le tronçon d'extrémité aval 64 peut par exemple avoir globalement la forme d'une courbe du type tronconique. Avantageusement, le siège de soupape 32 selon l'invention peut être agencé dans un moteur à combustion interne 10 qui comporte des moyens supplémentaires (non représentés) permettant de produire un mouvement aérodynamique ordonné du type tumble dans les gaz d'admission, par exemple des systèmes de tumble variable tels que des boisseaux mobiles ainsi que des conduits d'admission 26 du type jumelés ou du type séparés. De préférence, le siège de soupape 32 selon l'invention est agencé dans un moteur 10 comportant au moins deux conduits d'admission 26 qui débouchent dans la chambre de combustion 22 de chaque cylindre 12, par deux orifices de sortie 28 correspondants. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne (10), notamment de véhicule automobile, comportant au moins un cylindre (12) dans lequel se déplace un piston (14) , une chambre de combustion (22) qui est délimitée par la face inférieure (20) d'une culasse (18) et par la tête du piston (14), et au moins un conduit d'admission (26), notamment pour des gaz d'admission, qui est aménagé dans la culasse (18) et qui, suivant le sens de circulation des gaz d'admission, débouche vers l'aval dans la chambre de combustion (22) par un orifice de sortie (28) obturé par une soupape d'admission (30) montée coulissante suivant un axe de coulissement (A2), du type lequel l'orifice de sortie (28) est pourvu d'un siège de soupape (32), centré sur l'axe de coulissement (A2), comportant une portée (34) sensiblement tronconique qui est prévue pour recevoir en appui axial une face (36) en vis-à-vis de la soupape d'admission (30) lorsqu'elle occupe sa position fermée, du type dans lequel le plus petit diamètre interne du siège de soupape (32) est inférieur au diamètre interne (D) du conduit d'admission (26) au voisinage de l'extrémité axiale amont (54) du siège de soupape (32), de manière à former une restriction de la section de passage des gaz d'admission qui provoque une accélération du flux des gaz d'admission au passage du siège de soupape (32), caractérisé en ce que la paroi interne (50) du siège de 25 soupape (32) comporte: - un tronçon d'extrémité amont (52) globalement tronconique convergent; et - un tronçon intermédiaire (58), dont le diamètre interne (d58) est supérieur ou égal à la valeur minimale du diamètre interne (d52) du tronçon d'extrémité amont (52), qui s'étend depuis l'extrémité axiale aval (E2) du tronçon d'extrémité amont (52) jusqu'à l'extrémité axiale amont (E4) de la portée (34), de manière à produire, lors de l'ouverture de la soupape (30), un mouvement aérodynamique ordonné du type "tumble" dans les gaz d'admission. 2. Moteur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le tronçon intermédiaire (58) est divergent. 3. Moteur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'une portion de la génératrice axiale du tronçon intermédiaire (58) est globalement rectiligne. 4. Moteur (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce 10 que la génératrice axiale du tronçon intermédiaire (58) a globalement la forme d'un arc de cercle. 5. Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur maximale du diamètre interne (d52) du tronçon d'extrémité amont (52) est sensiblement égale au diamètre interne (D) du conduit d'admission (26). 6. Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi interne (50) du siège de soupape (32) comporte un tronçon d'extrémité aval (64) divergent qui est adjacent à l'extrémité axiale aval (E5) de la portée (34). 7. Moteur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la génératrice axiale du tronçon d'extrémité aval (64) est globalement rectiligne. 8. Moteur (10) selon la revendication 6, caractérisé en ce que la génératrice axiale du tronçon d'extrémité aval (64) a globalement la forme d'un arc de cercle. 9. Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens supplémentaires, autres que le siège de soupape (32), pour produire un mouvement aérodynamique ordonné du type "tumble" dans les gaz d'admission. 10. Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque cylindre (12) comporte au moins deux conduits d'admission (26) qui débouchent dans la chambre de combustion (22) par deux orifices de sortie (28) correspondants. 11. Siège de soupape (32) comportant une portée (34) sensiblement tronconique qui est prévue pour recevoir en appui axial la face (36) en vis-à-vis d'une soupape d'admission (30) lorsqu'elle occupe sa position fermée, du type dans lequel le plus petit diamètre interne du siège de soupape (32) est inférieur au diamètre interne (D) du conduit d'admission (26) associé au voisinage de l'extrémité axiale amont (54) du siège de soupape (32), de manière à former une restriction de la section de passage des gaz d'admission qui provoque une accélération du flux des gaz d'admission au passage du siège de soupape (32), caractérisé en ce que la paroi interne (50) du siège de 15 soupape (32) comporte: - un tronçon d'extrémité amont (52) globalement tronconique convergent; et - un tronçon intermédiaire (58), dont le diamètre interne (d58) est supérieur ou égal à la valeur minimale du diamètre interne (d52) du tronçon d'extrémité amont (52), qui s'étend depuis l'extrémité axiale aval (E2) du tronçon d'extrémité amont (52) jusqu'à l'extrémité axiale amont (E4) de la portée (34), de manière à produire, lors de l'ouverture de la soupape (30), un mouvement aérodynamique ordonné du type "tumble" dans les gaz d'admission.