Brevet FR2895463A1 — publié le 20070629

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale les culasses de moteurs à combustion interne de véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement un conduit d'admission d'air d'une culasse d'un moteur à combustion interne dont une première extrémité est destinée à être raccordée à un répartiteur d'air et dont une seconde extrémité est destinée à déboucher par au moins une ouverture d'admission d'air dans une chambre de combustion. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans la réalisation d'un conduit d'admission d'air d'une culasse d'un moteur à allumage commandé. Elle concerne également une culasse de moteur à combustion interne comprenant un tel conduit d'admission d'air. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Classiquement, les moteurs à combustion interne comportent une chambre de combustion définie par des cylindres compris dans un bloc-cylindres et dans lesquels sont montés coulissant des pistons. Ce bloc-cylindres est recouvert d'une culasse traversée par des conduits d'admission d'air destinés à amener de l'air frais provenant d'un répartiteur d'air dans la chambre de combustion. Dans le cas des moteurs pourvus de quatre soupapes par cylindre, les conduits d'admission d'air se divisent en deux conduites s'étendant chacune jusqu'à une soupape d'un cylindre. Ces conduits d'admission d'air présentent généralement un profil courbe afin de relier, d'un côté, le répartiteur d'admission d'air qui est pourvu de sorties d'air horizontales, et de l'autre, la tête de cylindre dans laquelle les deux conduites débouchent quasiment verticalement. La géométrie intérieure du conduit d'admission d'air revêt une importance primordiale dans le remplissage en air des cylindres. Cette géométrie influence en effet non seulement le débit d'air frais circulant dans le conduit d'admission d'air, c'est-à-dire sa perméabilité, mais aussi l'importance des mouvements tourbillonnaires dans la chambre de combustion tels que les tourbillons d'axe vertical communément appelés mouvements de tumble. Ces mouvements de tumble influencent le bon fonctionnement des moteurs à allumage commandé dans la mesure où, d'une part, en charge partielle (accélération moyenne), ils améliorent la dilution du carburant dans l'air au sein de la chambre de combustion, et, d'autre part, lors du démarrage du moteur ou à pleine charge (accélération maximum), ils permettent une ouverture plus précoce des soupapes afin d'améliorer les performances du moteur. Afin de générer de tels mouvements tourbillonnaires, on connaît déjà du document JP 2003 262132 un conduit d'admission d'air pourvu intérieurement, à proximité de son extrémité liée à la tête de cylindre, d'une discontinuité formant un bombement vers l'extérieur du conduit qui permet d'orienter le flux d'air vers le sommet de la tête de cylindre et conséquemment d'engendrer des mouvements de tumble dans le cylindre. L'inconvénient principal d'un tel conduit d'admission d'air est qu'il génère des pertes de charges néfastes vis-à-vis des performances du moteur puisque le bombement diminue sa perméabilité. OBJET DE L'INVENTION Afin de remédier à l'inconvénient précité de l'état de la technique, la présente invention propose un conduit d'admission d'air dépourvu de telles discontinuités. Plus particulièrement, on propose selon l'invention un conduit d'admission d'air tel que défini dans l'introduction, dans lequel sa paroi interne comporte au moins deux méplats en vis-à-vis. Ainsi, grâce à l'invention, la paroi interne du conduit d'admission d'air présente une forme parfaitement continue et aérodynamique, ce qui réduit les pertes de charge et augmente sa perméabilité, si bien que le débit d'air frais qui circule dans le conduit est optimum compte tenu de sa section. Ce conduit peut par conséquent présenter un encombrement réduit. Par ailleurs, la forme de la paroi interne de ce conduit est adaptée à diriger à une vitesse élevée le flux d'air frais vers le sommet de la tête de cylindre, engendrant ainsi des mouvements de tumble importants, ce qui améliore la dilution du carburant avec l'air frais dans l'ensemble de la chambre de combustion. D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du conduit d'admission d'air selon l'invention sont les suivantes : - les deux méplats sont disposés à proximité de ladite seconde extrémité ; - les deux méplats sont disposés sur les faces supérieure et inférieure de la paroi interne du conduit d'admission d'air ; - le conduit d'admission d'air comporte un partie commune comprenant les méplats en vis-à-vis et une zone de séparation à partir de laquelle il se divise en deux conduites distinctes débouchant chacune par une ouverture d'admission d'air dans la chambre de combustion ; - le méplat disposé sur la face inférieure de la paroi interne du conduit d'admission d'air comporte deux portions s'étendant chacune en aval de la zone de séparation ; chaque méplat s'étend au moins à proximité de la zone de séparation ; - la zone de séparation est située à proximité des ouvertures d'admission d'air ; - le conduit d'admission d'air présente un plan de symétrie ; et - chaque ouverture d'admission d'air est formée par une ogive d'usinage qui lie ledit conduit à la chambre de combustion et qui est évasée du côté de la chambre de combustion. L'invention concerne également une culasse de moteur à combustion interne qui comprend un tel conduit d'admission d'air. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION La description qui va suivre en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un bloc moteur comprenant une culasse pourvue d'une conduite d'admission d'air selon l'invention ; et - les figures 2, 3 et 4 sont des vues de dessous, de dessus et de côté de la surface définie par la paroi interne du conduit d'admission d'air de la figure 1. On a représenté schématiquement sur la figure 1 une section d'un bloc moteur d'un moteur à combustion interne à allumage commandé. Ce bloc moteur comporte un bloc-cylindres 10 pourvu de quatre cylindres 10A en ligne d'axes C verticaux. Un piston 12 coulisse le long de la paroi latérale de chaque cylindre 10A et est lié à une bielle 15 qui, par l'intermédiaire d'une liaison excentrique, entraîne en rotation un vilebrequin 16 du moteur à combustion interne. Ce bloc-cylindres 10 est raccordé sur sa partie inférieure à un carter d'huile 11 et sur sa partie supérieure à une culasse 20. Cette culasse 20 présente un corps rectangulaire qui définit un plan de culasse E orthogonal aux axes C des cylindres 10A. Sa face inférieure présente quatre renflements intérieurs qui forment quatre têtes de cylindre 21 destinées à fermer les extrémités supérieures des cylindres 10A du bloc-cylindres 10. Ces têtes de cylindre 21 présentent ici chacune une forme de cône dont le sommet est tourné vers la face supérieure de la culasse 20. Les faces supérieures des pistons 12 délimitent avec les têtes de cylindre 21 qui leurs sont associées une chambre de combustion 13. Un injecteur de carburant (non représenté) et une bougie d'allumage 30 sont agencés au sommet de chaque tête de cylindre 21 et débouchent dans la chambre de combustion 13. Chaque cylindre 10A est ici pourvu de deux ouvertures d'admission d'air et de deux ouvertures d'échappement réparties sur la tête de cylindre 21. Les ouvertures d'admission d'air débouchent sur un premier pan de la tête de cylindre 21 qui s'étend d'une première demi-périphérie de ladite tête jusqu'à son sommet en faisant un angle Al non nul avec le plan de culasse E. Les ouvertures d'échappement débouchent quant à elles sur un second pan de la tête de cylindre 21 qui s'étend de l'autre demi-périphérie de ladite tête jusqu'à son sommet en faisant un angle A2 non nul avec le plan de culasse E. Les angles Al et A2 sont ici égaux. La culasse 20 accueille, pour chaque cylindre 10A, deux conduits d'échappement 50 qui prennent naissance dans la chambre de combustion 13 au 25 niveau des deux ouvertures d'échappement. La culasse 20 accueille également, pour chaque cylindre 10A, un conduit d'admission d'air 40 dont une première extrémité 40A est raccordée à un répartiteur d'air 70 destiné à alimenter la chambre de combustion 13 en air frais, et dont une seconde extrémité est raccordée à la tête de cylindre 21 dudit cylindre 30 10A par l'intermédiaire des ouvertures d'admission d'air. La première extrémité 40A du conduit d'admission d'air 40 est branchée sur le répartiteur d'air 70 de telle sorte que son axe présente un angle B d'environ 10 degrés avec le plan de culasse. Cette première extrémité 40A comporte une section importante de manière à ce que l'air frais issu du répartiteur d'air 70 s'engouffre facilement dans le conduit d'admission d'air 40. Comme le montrent plus particulièrement les figures 2 à 4, le conduit d'admission d'air 40 se divise en aval de cette première extrémité 40A en deux conduites 41, 42 afin d'alimenter en air frais les deux ouvertures d'admission d'air 45. La zone de séparation P1 du conduit d'admission d'air 40 en deux conduites 41, 42 est avantageusement disposée à proximité de la tête de cylindre 21 si bien que l'écoulement du flux d'air frais traversant le conduit d'admission d'air 40 est peu perturbé lorsqu'il débouche dans la chambre de combustion 13. En outre, le conduit d'admission d'air présente un plan de symétrie D de telle sorte que les deux conduits 41, 42 sont symétriques et que le flux d'air frais circulant dans chacune des conduites 42, 43 s'écoule de manière sensiblement identique. Ces deux conduites 41, 42 débouchent dans la chambre de combustion 13 orthogonalement au premier pan de la tête de cylindre 21 par les deux ouvertures d'admission d'air 45. Le conduit d'admission d'air 40 présente par conséquent une courbure à proximité de la tête de cylindre 21 pour se présenter orthogonalement à ce dernier. Le conduit d'admission d'air 40 présente depuis sa première extrémité jusqu'à cette courbure un profil rectiligne aérodynamique. Le flux d'air frais débouche donc dans la chambre de combustion par chacune des conduites 41, 42 en étant orienté non pas orthogonalement au premier pan de la tête de cylindre 21 mais en étant orienté vers le sommet de ladite tête. Cette orientation du flux est à l'origine de mouvements d'air tourbillonnaires au sein du cylindre 10A d'axe C communément appelés mouvements de tumble. Les deux conduites 41, 42 du conduit d'admission d'air 40 coopèrent chacune avec une soupape d'admission 60 pourvue d'un tête de soupape qui régule le débit d'arrivée d'air dans la chambre de combustion 13 et d'un corps relié à des moyens d'actionnement de ladite soupape connus de l'homme du métier. Les conduites d'échappement 50 coopèrent elles aussi avec des soupapes dites d'échappement 61 qui régulent le débit de gaz brûlés en sortie de la chambre de combustion 13. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, la paroi interne du conduit d'admission d'air 40 présente deux méplats 43, 44 disposés en vis-à-vis sur les faces supérieure et inférieure de cette paroi interne (voir figures 2 et 3). On entend par face inférieure la face de la paroi interne du conduit qui est située à proximité de la face inférieure de la culasse 20, et par face supérieure la face de la paroi interne du conduit qui est située à proximité de la face supérieure de la culasse 20. Le méplat 44 disposé sur la face supérieure de la paroi interne du conduit d'admission d'air 40 s'étend de la première extrémité 40A dudit conduit destinée à être raccordée au répartiteur d'air 70 jusqu'à la zone de séparation P1 du conduit d'admission d'air 40 en deux conduites 41,42. Ce méplat 44 présente ici une faible largeur au niveau du répartiteur d'air 70 et s'élargit jusqu'à ladite zone de séparation. La forme de ce méplat 44 peut être différente en fonction de la forme du répartiteur d'air 70. Le méplat 43 disposé sur la face inférieure de la paroi interne du conduit d'admission d'air 40 s'étend quant à lui depuis la première extrémité 40A dudit conduit 40 destinée à être raccordée au répartiteur d'air 70 jusqu'à sa seconde extrémité 40B, au-delà de la zone de séparation P1. Ce méplat 43 comprend plus précisément deux portions 43A, 43B distinctes s'étendant l'une parallèlement à l'autre sur la face inférieure de la paroi interne de chacune des conduites 41, 42. Chacune de ces deux portions 43A, 43B est optimisée pour être la plus large possible. Elles présentent ici chacune une largeur sensiblement égale au tiers du diamètre des conduites 41, 42. La paroi interne du conduit d'admission d'air 40 comprend en outre des faces latérales reliant ses faces supérieure et inférieure. Ces faces latérales sont arrondies mais peuvent éventuellement comporter des portions planes s'étendant orthogonalement aux méplats 43, 44. Comme le montre la figure 4, vu de profil, le conduit d'admission d'air 40 présente des parois supérieure et inférieure très rectilignes générant peu de pertes de charge et accroissant l'amplitude des tourbillons dans la chambre de combustion 13. Les deux conduites 42, 43 débouchent chacune dans la chambre de combustion 13 par l'intermédiaire des ouvertures d'admission d'air 45. Ces dernières sont plus précisément formées par des ogives d'usinage 45. Ces ogives d'usinage 45 présentent une forme évasée du côté de la chambre de combustion 13. Elles sont par ailleurs adaptées à accueillir des sièges de soupape 22 contre lesquels prennent appui les têtes des soupapes d'admission 60 afin de fermer hermétiquement la tête de cylindre 21. Ces sièges de soupape 22 sont généralement formés par une bague réalisée dans un matériau résistant tel que l'acier et disposée tangentiellement à ladite tête. La réalisation de la culasse 20 munie de ses conduits d'admission d'air 40 et de ses ogives d'usinage 45 est opérée de la manière suivante. La culasse 20 est classiquement obtenue par fonderie au moyen d'un moule composé de noyaux extérieurs et de noyaux intérieurs destinés à la réalisation des conduits d'admission d'air 40. Ces noyaux intérieurs sont généralement réalisés en sable et sont raccordés aux noyaux extérieurs. Ils sont évacués lors du démoulage de la culasse 20 afin de libérer les conduits d'admission d'air 40. Ces noyaux de sable présente une position par rapport aux noyaux extérieurs qui peut éventuellement varier lors du moulage de la culasse 20 sous l'action de la poussée d'Archimède ou du fait d'une mauvaise fixation. Quoi qu'il en soit, après avoir démoulé la culasse 20, on procède à l'usinage des parties d'accueil des sièges de soupape 22 et des ogives d'usinage 45. Cet usinage a pour but d'assurer une continuité parfaite entre la paroi interne du conduit d'admission d'air 40 et la face intérieure de la bague qui forme le siège de soupape 22. Une quelconque discontinuité serait en effet préjudiciable à l'écoulement de l'air frais et par conséquent à la perméabilité du conduit d'admission d'air 40 et à la formation de mouvements de tumble dans les cylindres 10A du bloc-cylindres 10. Cet usinage est classiquement opéré en fonction du référentiel de la culasse et non de celui du conduit d'admission d'air 40. II est ici opéré en réalisant une ogive d'usinage 45 qui présente sur son extrémité débouchant dans la chambre de combustion 13 un diamètre supérieur au diamètre des conduites 41, 42 et sur son extrémité raccordée à une des conduites 41, 42 un diamètre inférieur à celui de ladite conduite. Cette ogive d'usinage présente pour cela une forme évasée tournée vers la chambre de combustion 13. Ainsi, quelque soit la position des conduits d'admission 40 par rapport à celle attendue, l'ensemble du sommet de l'ogive d'usinage 45 est disposée à l'intérieur de la paroi interne de ladite conduite. Ainsi, le raccord entre l'ogive d'usinage 45 et chacune des conduites 41,42 est progressif si bien qu'aucune discontinuité n'apparaît entre le conduit d'admission d'air 40 et l'ogive d'usinage 45. Enfin, les parties d'accueil des sièges de soupape 22 sont usinées de manière à emmancher en force les bagues dans ces parties d'accueil. 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. REVENDICATIONS 1. Conduit d'admission d'air (40) d'une culasse (20) d'un moteur à combustion interne dont une première extrémité (40A) est destinée à être raccordée à un répartiteur d'air (70) et dont une seconde extrémité (40B) est destinée à déboucher par au moins une ouverture d'admission d'air (45) dans une chambre de combustion (13), caractérisé en ce que la paroi interne du conduit d'admission d'air comporte au moins deux méplats (43, 44) en vis-à-vis. 2. Conduit d'admission d'air (40) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux méplats (43, 44) sont disposés à proximité de ladite seconde extrémité (40B). 3. Conduit d'admission d'air (40) selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les deux méplats (43, 44) sont disposés sur les faces supérieure et inférieure de la paroi interne du conduit d'admission d'air (40). 4. Conduit d'admission d'air (40) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un partie commune comprenant les méplats (43, 44) en vis-à-vis et une zone de séparation (P1) à partir de laquelle il se divise en deux conduites distinctes (41, 42) débouchant chacune par une ouverture d'admission d'air (45) dans la chambre de combustion (13). 5. Conduit d'admission d'air (40) selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le méplat (43) disposé sur la face inférieure de la paroi interne du conduit d'admission d'air comporte deux portions (43A, 43B) s'étendant chacune en aval de la zone de séparation (P1). 6. Conduit d'admission d'air (40) selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que chaque méplat (43, 44) s'étend au moins à proximité de la zone de séparation (P1). 7. Conduit d'admission d'air (40) selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la zone de séparation (P1) est située à proximité des ouvertures d'admission d'air (45). 8. Conduit d'admission d'air (40) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il présente un plan de symétrie (D). 9. Conduit d'admission d'air (40) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque ouverture d'admission d'air est formée par uneogive d'usinage (45) qui lie ledit conduit (40) à la chambre de combustion (13) et qui est évasée du côté de la chambre de combustion (13). 10. Culasse (20) de moteur à combustion interne comprenant un conduit d'admission d'air (40) selon l'une des revendications 1 à 9.