Brevet FR2890119A1 — publié le 20070302

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale les culasses de moteur à combustion interne. L'invention concerne plus particulièrement une culasse d'un moteur à combustion interne comportant un cylindre présentant une tête, la face inférieure de la tête formant le toit d'une chambre de combustion, la tête du cylindre étant pourvue d'au moins un conduit d'admission de gaz débouchant dans la chambre de combustion par un pan du toit. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse pour les moteurs essence à combustion interne à injection directe ou indirecte de véhicule automobile. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Les moteurs essence à combustion interne à injection directe ou indirecte comprennent généralement une culasse qui comporte elle-même plusieurs cylindres. Chaque cylindre définissant une chambre de combustion, il est souvent nécessaire de créer un mouvement de rotation dans la chambre de combustion pour homogénéiser le mélange de gaz constitué des flux de gaz admis par les conduits d'admission et du carburant injecté, et adapter ce mélange aux différents cycles du moteur. Un mouvement de rotation couramment utilisé est un mouvement de rotation du flux de gaz autour de l'axe de la culasse, défini comme étant l'axe passant par le centre des têtes de cylindre de la culasse, ce mouvement de rotation étant appelé mouvement de Tumble. Il est nécessaire d'avoir une intensité suffisante de ce mouvement de 25 Tumble dans la chambre de combustion pour assurer une bonne homogénéisation du mélange de gaz. L'intensité du mouvement de Tumble est fonction de plusieurs paramètres géométriques. Les caractéristiques géométriques prépondérantes pour l'intensité du mouvement de Tumble sont la forme de la face inférieure de la tête du cylindre qui définit le toit de la chambre de combustion et l'agencement des conduits d'admission avec ce toit. Généralement chaque cylindre comprend deux conduits d'admission situés sur un pan du toit en vis-à-vis des conduits d'échappement correspondant situés sur l'autre pan du toit. Ces deux pans définissent, en regard de la chambre de combustion un angle de toit. Les conduits d'admission et d'échappement débouchent localement perpendiculairement au pan du toit qui les accueille. On observe que plus l'angle de toit est ouvert, c'est-à-dire plus le toit est plat, plus il est facile de concevoir un piston permettant d'avoir un fort taux de compression du mélange de gaz. Le taux de compression élevé favorise la combustion dudit mélange de gaz. Cependant, on observe que plus l'angle de toit est ouvert, c'est-à-dire plus le toit est plat, moins l'intensité du mouvement de Tumble est importante. Enfin, plus le toit est aplati, plus les soupapes d'admission et d'échappement des conduits correspondant présentent des axes parallèles entre eux, ce qui pose des difficultés d'encombrement avec la distribution pour l'implantation de la bougie et de l'injecteur au centre de la tête du cylindre. OBJET DE L'INVENTION La présente invention propose une nouvelle culasse comprenant un cylindre dont la tête est adaptée à favoriser la combustion du mélange de gaz dans le cylindre et plus particulièrement à trouver le bon compromis entre un taux de compression suffisant et une bonne homogénéisation du mélange de gaz via l'aérodynamique. À cet effet, on propose selon l'invention une culasse d'un moteur à combustion interne comportant un cylindre présentant une tête, la face inférieure de la tête formant le toit d'une chambre de combustion, la tête du cylindre étant pourvue d'au moins un conduit d'admission de gaz débouchant dans la chambre de combustion par un pan du toit, dans laquelle la section transversale de l'embouchure du conduit d'admission est inclinée par rapport audit pan du toit afin de, en coopération avec une tête de soupape, diriger une partie du flux de gaz vers le sommet du toit. Grâce à l'invention, on adapte la configuration de l'embouchure du conduit d'admission, et partant l'orientation des soupapes, à l'inclinaison du toit pour avoir d'une part une bonne homogénéisation du mélange de gaz et d'autre part un taux de compression suffisant dans la chambre de combustion. Plus particulièrement, lorsque le toit présente un angle ouvert, c'est-àdire que le toit est aplati, le taux de compression du mélange de gaz est amélioré. Ce toit aplati associé à l'inclinaison augmentée du conduit d'admission permet aussi de diminuer l'utilisation d'embrèvement sur la tête du piston et ainsi de diminuer les volumes de gaz morts. En outre, l'inclinaison des axes des embouchures des conduits d'admission par rapport au pan du toit qui les accueille compense la dégradation de l'intensité du mouvement de Tumble résultant de l'utilisation d'un toit aplati, en orientant, en coopération avec la tête de soupape correspondante, une partie du flux de gaz vers le sommet du toit. Ainsi, le mouvement de Tumble est favorisé autour de l'axe de la culasse lors de l'admission de flux de gaz. Enfin, l'inclinaison des axes des soupapes, résultant de l'inclinaison des embouchures des conduits d'admission, permet de diminuer l'encombrement au-dessus de la chambre de combustion et facilite ainsi l'implantation de l'injecteur de carburant et de la bougie d'allumage. Selon une première caractéristique avantageuse de la culasse selon l'invention, la partie avant, située vers le sommet du toit, de l'embouchure du conduit d'admission, qui se raccorde à la face inférieure de la tête de cylindre, est chanfreinée. Ce chanfrein permet de libérer une section de passage du flux de gaz vers l'avant de la soupape et ainsi de diriger une partie du flux de gaz vers la partie centrale du toit, sensiblement vers son sommet qui présente un décroché en raison du passage d'un pan à un autre du toit dans cette zone centrale, ce qui favorise la génération du mouvement de rotation autour de l'axe de la culasse. D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de la culasse selon l'invention, sont les suivantes: - le chanfrein réalisé sur la partie avant de l'embouchure du conduit d'admission possède une hauteur décroissante de l'avant de l'embouchure vers les cotés latéraux de ladite embouchure; - la tête du cylindre étant pourvue d'au moins un conduit d'échappement de gaz débouchant dans la chambre de combustion par un autre pan du toit, la section transversale de l'embouchure du conduit d'échappement est inclinée par rapport audit autre pan du toit; - les sections transversales des embouchures des conduits d'admission et d'échappement sont inclinées par rapport au pan correspondant d'un même angle en valeur absolue; - les sections transversales des embouchures des conduits d'admission et d'échappement sont inclinées par rapport au pan correspondant d'un angle différent en valeur absolue; - la partie avant, située vers le sommet du toit, de l'embouchure du conduit d'échappement qui se raccorde à la face inférieure de la tête de cylindre est chanfreinée; - le toit est un toit à deux pans sensiblement rectilignes dont le sommet est constitué par la jonction desdits pans; - le toit est sensiblement de révolution autour de l'axe du cylindre; - la tête du cylindre est pourvue de deux conduits d'admission de gaz et de deux conduits d'échappement de gaz. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION La description qui va suivre en regard des dessins annexés d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Dans les dessins annexés: - la figure 1 est une vue de dessus du toit d'une chambre de combustion d'un cylindre d'une culasse selon l'invention; - la figure 2 est une vue de coupe selon le plan A-A de la figure 1 présentant l'agencement d'un conduit d'admission et de sa soupape avec le toit de la chambre de combustion; - la figure 3 est une vue en perspective de l'embouchure du conduit d'admission de la figure 2 dans la chambre de combustion. On a représenté sur la figure 1, une partie d'un cylindre 5 d'une culasse 4 d'un moteur à combustion interne. Ce cylindre 5 comporte une tête 58 et une paroi latérale 56 (voir figure 2). Un piston 7 coulisse dans le cylindre 5 le long de la paroi latérale 56 et présente sur la face supérieure de sa tête des embrèvements 71 destinés à optimiser la géométrie de la chambre de combustion pour améliorer les conditions de combustion du mélange de gaz. Ce piston 7 délimite avec la partie inférieure 50 de la tête 58 du cylindre 5 une chambre de combustion 6. Cette partie inférieure de la tête 58 du cylindre 5 est communément appelée face-feu et définit le toit 50 de la chambre de combustion 6. Un injecteur de carburant (non représenté) et une bougie d'allumage 8 sont agencés au centre de la tête 58 du cylindre 5 et débouchent dans la chambre de combustion 6. La tête 58 de cylindre 5 accueille deux conduits d'admission 10, 100, et deux conduits d'échappement 11, 110 correspondant qui débouchent dans la chambre de combustion 6 par le toit 50. Les deux conduits d'admission débouchent par un premier pan 50A de ce toit 50 qui s'étend d'une première demi-périphérie du toit jusqu'à son sommet en faisant sensiblement un angle BO avec le plan transversal à l'axe A5 du cylindre 5. Ce plan transversal noté P par la suite est un plan parallèle au plan XY (figures 1, 2 et 3). La périphérie du toit 50 correspond à la jonction entre le toit 50 et la paroi latérale 56 du cylindre 5. Le sommet du toit 50 s'étend ici suivant une arête, définie par la jonction entre le premier pan 50A et un deuxième pan 50B du toit 50, qui est confondue avec l'axe A4 de la culasse 4. En variante, le toit peut être sensiblement conique d'axe l'axe du cylindre. Les deux pans du toit sont alors définis comme étant les deux parties du cône séparées par l'axe passant dans le plan P, entre chaque conduit d'admission et chaque conduit d'échappement correspondant, c'està-dire ici l'axe de la culasse. Les conduits d'échappement 11, 110 sont positionnés en vis-à-vis des conduits d'admission 10, 100 et débouchent par le deuxième pan 50B du toit 50 symétrique du premier pan 50A par rapport au plan passant par l'axe A5 du cylindre 5 et l'axe A4 de la culasse 4. Ce pan 50B s'étend de la deuxième partie périphérique du toit 50 diamétralement opposée à celle du premier pan 50A jusqu'au sommet du toit sensiblement suivant l'angle BO. De même que pour le conduit d'admission 100, le conduit d'admission 10 coopère avec une soupape d'admission 20, comportant une tête 22 et un corps 21, pour alimenter la chambre de combustion 6 en gaz, par exemple de l'air. Ce corps 21 de soupape 20 présente un axe A2 incliné par rapport à l'axe A5 du cylindre 5. Le conduit d'échappement 11, comme le conduit d'échappement 110, coopère aussi avec une soupape d'échappement 24. Il en résulte que la soupape 20 d'admission du conduit d'admission 10 et la soupape d'échappement 24 du conduit d'échappement correspondant 11 sont disposées de sorte que leur axe forment un V. L'embouchure du conduit d'admission 10 est définie comme étant la partie du conduit d'admission 10 agencée dans la tête 58 du cylindre 5 à proximité du toit 50 de la chambre de la combustion 6. L'embouchure des autres conduits est définie de la même manière. Lors de la fermeture du conduit d'admission 10, l'embouchure de ce conduit présente une section transversale 52A obturée par la tête 22 de soupape 20, le plan de la tête de soupape et le plan de la section transversale étant parallèles. Avantageusement, selon l'invention, le conduit d'admission 10 est agencé de sorte que son embouchure dans la chambre de combustion 6 présente un axe qui fait un angle B1, supérieur à BO, avec la normale N au pan 50A du toit 50. Il en résulte que la section transversale 52A de l'embouchure du conduit d'admission 10 est située dans un plan incliné d'un angle B1-BO par rapport au pan 50A du toit lui-même incliné de l'angle BO par rapport au plan transversal P. L'axe de la soupape 20 est confondu avec l'axe de l'embouchure du conduit d'admission 10 en son extrémité. Ainsi, grâce à la tête 58 de cylindre 5 de la culasse 4 selon l'invention, le toit 50 peut être relativement aplati, par rapport à un toit présentant des pans inclinés de l'angle B1 par exemple, ce qui permet d'améliorer le taux de compression du mélange de gaz. Un tel toit aplati permet aussi de limiter l'utilisation d'embrèvements 71 sur la tête du piston 7 et ainsi de diminuer les volumes de gaz non brûlés. Comme représenté sur la figure 2, l'inclinaison de l'axe A2 de la soupape 20, résultant de l'inclinaison de l'axe de l'embouchure du conduit d'admission 10, permet de diminuer l'encombrement au-dessus de la chambre de combustion 6 et facilite ainsi l'implantation de l'injecteur de carburant (non représenté) et de la bougie d'allumage 8. La partie avant AV de l'embouchure du conduit d'admission 10 qui se raccorde à la face inférieure de la tête de cylindre, est chanfreinée. Cette partie avant AV de l'embouchure du conduit d'admission 10 est située vers le sommet du toit 50. Le chanfrein réalisé 53A forme en vue de dessus sur la figure 1 une demi-lune. En effet, ce chanfrein possède une hauteur décroissante de l'avant de l'embouchure vers les côtés latéraux de ladite embouchure où son épaisseur devient nulle. Dans le plan de coupe de la figure 2 ce chanfrein fait un angle B2 avec le plan transversal P à l'axe du cylindre. L'angle de chanfrein est de B2- B1 par rapport au plan de la section transversale 52A de l'embouchure. En dehors de cette partie du pan 50A du toit chanfreinée, le reste du pan 50A est sensiblement situé dans un plan incliné d'un angle B1 par rapport au plan transversal P. En variante, on peut prévoir que le chanfrein 53A s'étend jusqu'au sommet du toit 50. Ce chanfrein permet de libérer le passage du flux de gaz 40 provenant du conduit d'admission 10 vers le sommet du toit 50, c'est-à-dire vers la zone avant AV de la soupape 20. L'inclinaison de l'axe A2 par rapport à la normale N au pan 50A du toit 50 favorise cette orientation du flux de gaz 40 vers le sommet du toit 50 de la chambre de combustion 6. Ainsi, le chanfrein 53A forme, en coopération avec la tête 22 de la soupape 20, une paroi d'orientation du flux de gaz 40, pour guider ce flux de gaz 40 vers la zone avant AV de la soupape 20 située du côté du sommet du toit 50. Le flux de gaz 40 est aspiré dans la chambre de combustion 6 par la descente du piston 7 pendant la phase d'ouverture de la soupape d'admission 20. Une importante partie du flux de gaz passe par la section de passage avant AV définie par le chanfrein 53A. Ce flux est ainsi orienté vers le sommet du toit 50, où il bénéficie de la rupture de pente due à la jonction des deux pans 50A, 50B du toit 50 pour amorcer un mouvement de rotation autour de l'axe de la culasse A4. Ainsi grâce à l'inclinaison de l'axe du conduit d'admission 10 et donc de la soupape d'admission 20 correspondante par rapport à la normale N au pan 50A du toit 50 et grâce au chanfrein 53A sur la partie avant AV de l'embouchure selon l'invention, le mouvement de Tumble est favorisé. En ce qui concerne le processus d'obtention de la culasse selon l'invention, la partie inférieure de la tête 58 du cylindre 5 est d'abord réalisée de sorte que le pan 50A du toit 50 présente un angle BO par rapport au plan transversal P. Puis, la zone du toit 50 accueillant l'embouchure du conduit d'admission 10 est usinée de sorte que la section transversale 52A de l'embouchure du conduit d'admission 10 coopérant avec la tête de la soupape correspondante 20, soit inclinée d'un angle B1 par rapport au plan transversal P, B1 étant supérieur à BO. Enfin, le chanfrein 53A est réalisé sur la partie avant AV de l'embouchure. La description ci-dessus appliquée au conduit d'admission 10 est évidemment applicable au conduit d'admission 100, à son flux de gaz 400, et à un chanfrein 530 d'orientation du flux de gaz vers la zone avant AV de l'embouchure correspondante. Ici, les conduits d'admission 10 et 100 sont agencés de sorte que leur embouchure (ou encore les têtes des soupapes correspondant) dessinent dans le plan transversal P un motif à 0 . C'est-à-dire que les deux conduits sont disposés parallèlement l'un à l'autre et de sorte que l'axe passant par les centres des embouchures (ou des têtes des soupapes) soit parallèle à l'axe A4 de la culasse 4. Cette disposition des conduits d'admission 10, 100 permet une génération optimisée du mouvement de Tumble de sorte que le flux issu de l'un des conduits d'admission n'entrave pas le flux issu de l'autre. La présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. En variante, l'inclinaison relative des sections transversales des embouchures des conduits d'admission et les chanfreins d'orientation de flux de gaz vers l'avant de la soupape pratiqués dans le toit selon l'invention peuvent être aussi appliqués du côté du pan du toit accueillant les conduits d'échappement. Les sections transversales des embouchures des conduits d'admission et d'échappement peuvent alors être inclinées par rapport au pan de toit correspondant d'un angle égal ou différent en valeur absolue. On peut encore prévoir, notamment pour le pan accueillant les conduits d'admission, que le toit soit composé de plusieurs parties inclinées les unes par rapport aux autres, contrairement à la culasse du mode de réalisation ci-dessus qui comporte une unique partie pour chaque pan, inclinée de l'angle BO, et qui subit au niveau des embouchures des conduits d'admission et/ou d'échappement des usinages spécifiques. Ainsi, selon cette variante et concernant, par exemple, le pan accueillant les conduits d'admission, la partie périphérique du toit s'étendant jusqu'au niveau de la partie basse de l'embouchure des conduits d'admission est inclinée comme précédemment de l'angle BO qui reste l'angle d'inclinaison de référence du toit, puis la partie intermédiaire du toit s'étendant de la partie basse de l'embouchure des conduits jusqu'à la partie haute desdites embouchures fait un angle B1 par rapport au plan transversal P, l'angle B1 étant supérieur à l'angle BO. Puis la partie centrale du toit, s'étendant de la partie haute de l'embouchure des conduits jusqu'au sommet du toit, est inclinée par rapport au plan transversal P d'un angle B2 compris entre 0 et B1. Le conduit d'admission débouche alors perpendiculairement au plan de la partie intermédiaire du pan du toit qui lui-même est incliné par rapport au plan de la partie périphérique. Ce plan de la partie périphérique du toit est défini comme étant le plan de référence du toit, les autres parties du pan du toit étant inclinées par rapport à cette partie périphérique. L'agencement de ce pan de toit en plusieurs parties permet de s'affranchir d'un chanfrein sur la partie avant de l'embouchure raccordée au toit, puisqu'on dispose d'une section de passage de gaz suffisante grâce à la partie centrale du toit dont l'inclinaison est ajustée en fonction de l'orientation à donner au flux de gaz vers l'avant de la soupape, en coopération avec la tête de la soupape. Ce décroché de la partie centrale du toit par rapport à la partie intermédiaire et à la partie périphérique du toit, permet d'optimiser la forme géométrique de la chambre de combustion en fonction de la forme du piston, du volume que l'on souhaite libérer au-dessus de la chambre de combustion et de l'intensité du mouvement de Tumble souhaitée. REVENDICATIONS 1. Culasse (4) d'un moteur à combustion interne comportant un cylindre (5) présentant une tête (58), la face inférieure de la tête (58) formant le toit (50) d'une chambre de combustion (6), la tête (58) du cylindre (5) étant pourvue d'au moins un conduit d'admission (10, 100) de gaz (40, 400) débouchant dans la chambre de combustion (6) par un pan (50A) du toit (50), caractérisée en ce que la section transversale (52A) de l'embouchure du conduit d'admission (10) est inclinée par rapport audit pan (50A) du toit (50) afin de, en coopération avec une tête (22) de soupape (20), diriger une partie du flux de gaz (40, 400) vers le sommet du toit (50). 2. Culasse (4) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la partie avant (AV), située vers le sommet du toit (50), de l'embouchure du conduit d'admission (10, 100), qui se raccorde à la face inférieure de la tête (58) de cylindre (5), est chanfreinée. 3. Culasse (4) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le chanfrein (53A) réalisé sur la partie avant (AV) de l'embouchure du conduit d'admission (10, 100) possède une hauteur décroissante de l'avant de l'embouchure vers les cotés latéraux de ladite embouchure. 4. Culasse (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que, la tête (58) du cylindre (5) étant pourvue d'au moins un conduit d'échappement (11, 110) de gaz débouchant dans la chambre de combustion (6) par un autre pan (50B) du toit (50), la section transversale de l'embouchure du conduit d'échappement (11, 110) est inclinée par rapport audit autre pan (50B) du toit (50). 5. Culasse (4) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les sections transversales (52A) des embouchures des conduits d'admission (10, 100) et d'échappement (11, 110) sont inclinées par rapport au pan (50A, 50B) correspondant d'un même angle en valeur absolue. 6. Culasse (4) selon la revendication 4, caractérisée en ce que les sections transversales des embouchures (52A) des conduits d'admission (10, 100) et d'échappement (11, 110) sont inclinées par rapport au pan (50A, 50B) correspondant d'un angle différent en valeur absolue. 7. Culasse (4) selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que la partie avant, située vers le sommet du toit (50), de l'embouchure du conduit d'échappement (11, 110), qui se raccorde à la face inférieure de la tête (58) de cylindre (5), est chanfreinée. 8. Culasse (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le toit (50) est un toit à deux pans (50A, 50B) sensiblement rectilignes dont le sommet est constitué par la jonction desdits pans (50A, 50B). 9. Culasse (4) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le toit (50) est sensiblement de révolution autour de l'axe (A5) du cylindre (5). 10. Culasse (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la tête (58) du cylindre (5) est pourvue de deux conduits d'admission (10, 100) de gaz et de deux conduits d'échappement de gaz (11, 110).