Brevet FR2898644A1 — publié le 20070921

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale l'admission d'air des moteurs à combustion interne. Elle concerne plus particulièrement un répartiteur d'air d'un moteur à combustion interne comportant un plénum débouchant dans au moins un conduit de sortie destiné à être raccordé à une culasse du moteur à combustion interne. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans la réalisation d'un répartiteur d'admission d'un moteur à allumage commandé. Elle concerne également un moteur à combustion interne comprenant un tel répartiteur d'air. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Classiquement, les moteurs à combustion interne comportent une chambre de combustion alimentée en air frais par un répartiteur d'air du type précité dont chaque conduit de sortie est raccordé à la chambre de combustion par des conduits d'admission intégrés à la culasse du moteur. La géométrie intérieure de ces conduits d'admission revêt une importance primordiale dans le remplissage en air frais des cylindres de la chambre de combustion. La longueur de ces conduits, ainsi que la géométrie du plenum, doivent tout d'abord permettre de créer les accords acoustiques nécessaires à l'atteinte du remplissage sur l'ensemble de la plage de régimes du moteur. Cette géométrie influence en effet non seulement le débit d'air frais circulant dans chaque conduit d'admission, c'est-à-dire sa perméabilité, mais aussi l'importance des mouvements tourbillonnaires dans la chambre de combustion tels que les tourbillons d'axe verticaux, communément appelés mouvements de tumble, qui permettent au moteur de présenter un bon rendement et de limiter les émissions d'imbrûlés. La géométrie du répartiteur d'air, qui est fixé à la culasse et qui permet d'injecter l'air frais de manière structurée dans ces conduits d'admission, a également une influence dans le remplissage en air frais des cylindres. Elle peut en effet perturber la circulation de l'air frais dans les conduits d'admission, par exemple pour des raisons de dispersions du flux d'air frais entre chacun des conduits de sortie, ou au contraire l'améliorer. Pour cela, afin de générer un important mouvement de tumble, on connaît, selon le document JP 111 07 764, un répartiteur d'air qui est adapté à modifier la répartition du flux d'air frais dans ses conduits de sortie. Un tel répartiteur d'air comporte dans chacun de ses conduits de sortie, un volet à incidence variable adapté, en pivotant, à modifier la répartition d'air frais en entrée des conduits d'admission, et donc en entrée des cylindres de la chambre de combustion, pour générer le mouvement de tumble. Les inconvénients principaux d'un tel répartiteur d'air est que l'ajout d'un volet à incidence variable crée des pertes de charge préjudiciables au fonctionnement du moteur et augmente en outre son encombrement et son coût. Objet de l'invention Afin de remédier aux inconvénients précités de l'état de la technique, la présente invention propose un répartiteur d'air compact, robuste, peu coûteux à fabriquer et adapté à favoriser les mouvements de tumble sans pour autant diminuer sa perméabilité. Plus particulièrement, on propose selon l'invention un répartiteur d'air tel que défini dans l'introduction, dans lequel chaque conduit de sortie est courbé sur au moins une portion de sa longueur et présente une surface externe convexe destinée à être tournée dans une direction opposée à la face inférieure de la culasse qui est adaptée à être raccordée à un bloc-cylindres du moteur à combustion interne. Ainsi, grâce à l'invention, lorsque le flux d'air sort du plenum et s'engouffre en entrée de chaque conduit de sortie, il présente sur l'ensemble de la section du conduit de sortie une vitesse homogène. En revanche, il est accéléré le long de la paroi supérieure (convexe) de chaque conduit de sortie, du fait de la plus grande distance à parcourir le long de cette paroi que le long de la paroi inférieure (concave). En conséquence, en sortie de chaque conduit de sortie, le flux d'air n'est plus homogène et présente une vitesse plus élevée au niveau de la paroi supérieure qu'au niveau de la paroi inférieure du conduit de sortie. Cette différence de vitesses se maintient dans chaque conduit d'admission de la culasse si bien que le flux d'air frais débouchant dans chaque cylindre ne présente pas un vitesse homogène. Cette hétérogénéité de la répartition du débit d'air frais autour de la soupape permet ainsi d'amplifier l'importance du mouvement de tumble dans la chambre de combustion afin d'accroître les performances du moteur à combustion interne et de diminuer le volume de ses émissions polluantes. Selon une première caractéristique avantageuse du répartiteur d'air conforme à l'invention, chaque conduit de sortie est courbé sur l'ensemble de sa longueur. Avantageusement, chaque conduit de sortie est courbé selon un arc de cercle. Selon une autre caractéristique avantageuse du répartiteur d'air conforme à l'invention, chaque conduit de sortie présente une section globalement circulaire selon un diamètre donné et l'arc de cercle présente un rayon de courbure compris entre 1,1 et 1,5 fois le diamètre donné. Ainsi, chaque conduit de sortie présente, d'une part, une courbure suffisamment importante pour sensiblement modifier la répartition des vitesses du flux d'air frais en entrée de la chambre de combustion, et, d'autre part, une courbure pas trop élevée afin de ne pas engendrer de trop fortes pertes de charge, ce qui diminuerait le débit global d'air frais en entrée de la chambre de combustion du moteur et, par conséquent, dégraderait ses performances. D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du répartiteur d'air selon l'invention sont les suivantes : - chaque conduit de sortie comprend une première extrémité qui est piquée radialement sur le plenum ; chaque conduit de sortie comprend une deuxième extrémité débouchant sur une bride de fixation destinée à être raccordé à la culasse ; la bride de fixation s'étend dans un plan normal à l'axe selon lequel s'étend la deuxième extrémité de chaque conduit de sortie ; et - le répartiteur d'air est agencé de sorte que lorsqu'il est positionné sur la culasse, le plenum est situé sous chaque conduit de sortie. L'invention concerne également un ensemble comprenant une culasse d'un moteur à combustion interne et un tel répartiteur d'air fixé à la culasse au moyen dune bride de fixation, dans lequel le plenum du répartiteur d'air est situé à un niveau inférieur par rapport à celui de la bride de fixation. 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'une partie du moteur à combustion interne selon l'invention ; et - la figure 2 est une vue de face du répartiteur d'air selon l'invention. On a représenté schématiquement sur la figure 1 une section d'un bloc moteur d'un moteur à combustion interne 1 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 en rotation à une bielle 15 qui, par l'intermédiaire d'une liaison excentrique, entraîne en rotation un vilebrequin 16 du moteur à combustion interne 1. 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 globalement rectangulaire s'étendant orthogonalement aux axes C des cylindres 10A et disposé au-dessus de ceux-ci. Plus précisément, le corps de la culasse 20 comporte une face inférieure présentant quatre renflements intérieurs qui forment quatre têtes de cylindre 21 destinées à fermer les extrémités supérieures des quatre 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 cylindres 10A délimitent ainsi, avec les faces supérieures des 20 pistons 12 et les têtes de cylindre 21 qui leurs sont associées, une chambre de combustion 13. Une bougie d'allumage 30 est agencée au sommet de chaque tête de cylindre 21 et débouche dans la chambre de combustion 13. Chaque cylindre 10A est ici pourvu d'un ouverture d'admission et d'une 25 ouverture d'échappement disposées en vis-à-vis sur chaque tête de cylindre 21. La culasse 20 forme intérieurement, pour chaque cylindre 10A, un conduit d'échappement 50 qui prend naissance dans la chambre de combustion 13, au niveau de l'ouverture d'échappement, et qui débouche dans un collecteur d'échappement (non représenté). 30 La culasse 20 forme également, pour chaque cylindre 10A, un conduit d'admission 40 dont une extrémité est raccordée à un répartiteur d'air 70 destiné à alimenter la chambre de combustion 13 en air frais, et dont l'autre extrémité est raccordée à la tête de cylindre 21, au niveau de l'ouverture d'admission. La première extrémité du conduit d'admission 40 débouche sur une face plane de la culasse 20. Cette face plane est percée d'alésages taraudés adaptés à accueillir les corps filetés de vis de fixation. Chaque conduit d'admission 40 comporte en outre une cavité dans laquelle est disposé un injecteur de carburant 41. Les conduits d'admission 40 et d'échappement 50 coopèrent chacun avec une soupape d'admission 60 ou d'échappement 61 pourvue, d'une part, d'une tête de soupape qui régule le débit d'arrivée d'air ou de sortie de gaz brûlés dans la chambre de combustion 13, et, d'autre part, d'un corps relié à des moyens d'actionnement de ladite soupape qui sont connus de l'homme du métier. Le répartiteur d'air 70 comporte quant à lui, comme le montre plus particulièrement la figure 2, un entrée raccordée, par une bride 71, à une ligne d'admission d'air (non représentée) qui prélève l'air frais directement dans l'atmosphère et qui l'amène jusqu'au répartiteur d'air 70. L'air frais débouche ainsi dans un plenum 72 du répartiteur d'air 70. Le plenum 72 se présente sous la forme d'un cylindre creux dont l'une des extrémités est fermée et dont l'autre est ouverte sur la bride 71. Le plenum 72 est par ailleurs ouvert latéralement sur quatre conduits de sortie 73 alignés les uns à côté des autres selon l'axe du cylindre formé par le 20 plenum. Ces conduits de sortie 73 comprennent une première extrémité qui est piquée radialement sur le plenum 72. Chaque conduit de sortie 73 comprend en outre une deuxième extrémité débouchant sur une bride de fixation 74 (commune pour tous les conduits de sortie 73) destinée à être raccordée à la culasse 20. 25 Cette bride de fixation 74 s'étend dans un plan normal à l'axe selon lequel s'étend la deuxième extrémité de chaque conduit de sortie 73. Pour sa fixation à la culasse 20, la bride de fixation 74 est percée d'ouvertures dans lesquelles sont insérées les vis de fixations qui sont alors vissées dans les alésages taraudés de la culasse 20. 30 Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, chaque conduit de sortie 73 est courbé sur l'ensemble de sa longueur selon un arc de cercle et présente une surface externe convexe destinée à être tournée dans une direction opposée à la face inférieure du corps de la culasse 20, c'est-à-dire tournée vers le haut du moteur à combustion interne 1. Ainsi, lorsque le répartiteur d'air 70 est fixé à la culasse 20, son plenum 72 est situé sous les conduits de sortie 73. Les conduits de sortie 73 présentent une section globalement circulaire selon un diamètre donné D. L'arc de cercle décrit par chaque conduit de sortie 73 présente un rayon de courbure Rc qui est compris entre 1,1 et 1,5 fois le diamètre donné D. Lorsque la bride de fixation 74 est raccordée à la face plane de la culasse 20, le plenum 72 est alors disposé en dessous de la bride de fixation 74. Les conduits de sortie 73 présentent une longueur moyenne d'environ 150 millimètres, la longueur de leur paroi supérieure dont la surface externe est convexe étant plus grande que celle de leur paroi inférieure dont la surface externe est concave. On peut bien sûr prévoir des conduits de sortie présentant une longueur moyenne différente afin de modifier notamment le débit d'air frais entrant dans la 15 chambre de combustion 13. Cette longueur moyenne devra être ajustée en fonction notamment des accords acoustiques recherchés pour le moteur considéré permettant d'optimiser le remplissage en air de la chambre de combustion du moteur selon les points de fonctionnement. 20 Le répartiteur d'air 70 est ici réalisé d'une seule pièce par moulage d'une matière plastique. En variante, il pourrait être réalisé en aluminium. En fonctionnement, l'air frais prélevé par la ligne d'admission d'air débouche dans le plenum 72 du répartiteur d'air 70. Cet air frais est alors conduit dans chaque cylindre 10A du moteur à combustion interne 1 par les conduits de 25 sortie 73. L'air frais présente, au niveau de la première extrémité de ces conduits de sortie 73, une vitesse homogène sur toute leur section. En revanche, les conduits de sortie étant courbés, l'air frais est accéléré dans la partie supérieure des conduits de sortie. Il présente donc, à la sortie des conduits de sortie 73, une 30 vitesse non homogène. Cette différence de vitesses se propage dans les conduits d'admission 40 si bien que l'air frais présente, lorsqu'il débouche dans chaque cylindre 10A, une vitesse plus grande au niveau du sommet des têtes de cylindre 21 qu'au niveau de la base des têtes de cylindre 21. Cet effet peut bien sûr être amplifié par le dessin des conduits, notamment dans la région de raccord entre le conduit d'admission 40 et le calibrage (zone située à la sortie du conduit d'admission, du côté de la tête de cylindre). Cette répartition d'air en entrée des cylindres 10A engendre des mouvements d'air tourbillonnaires au sein de chaque cylindre 10A, d'axe confondu avec l'axe C du cylindre correspondant, communément appelés mouvements de tumble. 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. Répartiteur d'air (70) d'un moteur à combustion interne (1) comportant un plénum (72) débouchant dans au moins un conduit de sortie (73) destiné à être raccordé à une culasse (20) du moteur à combustion interne (1), caractérisé en ce que chaque conduit de sortie (73) est courbé sur au moins une portion de sa longueur et présente une surface externe convexe destinée à être tournée dans une direction opposée à la face inférieure de la culasse (20) qui est adaptée à être raccordée à un bloc-cylindres (10) du moteur à combustion interne (1). 2. Répartiteur d'air (70) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque conduit de sortie (73) est courbé sur l'ensemble de sa longueur. 3. Répartiteur d'air (70) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque conduit de sortie (73) est courbé selon un arc de cercle. 4. Répartiteur d'air (70) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque conduit de sortie (73) présente une section globalement circulaire selon un diamètre donné (D) et l'arc de cercle présente un rayon de courbure (Rc) compris entre 1,1 et 1,5 fois le diamètre donné (D). 5. Répartiteur d'air (70) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque conduit de sortie (73) comprend une première 20 extrémité qui est apiquée radialement sur le plenum (72). 6. Répartiteur d'air (70) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque conduit de sortie (73) comprend une deuxième extrémité débouchant sur une bride de fixation (74) destinée à être raccordé à la culasse (20). 25 7. Répartiteur d'air (70) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la bride de fixation (74) s'étend dans un plan normal à l'axe selon lequel s'étend la deuxième extrémité de chaque conduit de sortie (73). 8. Répartiteur d'air (70) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est agencé de sorte que lorsqu'il est positionné sur la 30 culasse (20), le plenum (72) est situé sous chaque conduit de sortie (73). 9. Ensemble comportant une culasse (20) d'un moteur à combustion interne (1) et un répartiteur d'air (70) selon l'une des revendications précédentes fixé à la culasse (20) au moyen dune bride de fixation (74), dans lequel le plenum(72) du répartiteur d'air (70) est situé à un niveau inférieur par rapport à celui de la bride de fixation (74).