Brevet FR2909717A3 — publié le 20080613

FR 2909717 A3 20080613 FR 0655438 A 20061212 1 "Moteur thermique de véhicule automobile comportant une culasse à élément rapporté générateur d'écoulement tourbillonnaire" L'invention concerne un moteur thermique de véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement un moteur thermique de véhicule automobile, du type qui comporte au moins une culasse dont au moins un conduit d'admission moulé comporte un tronçon final coudé, destiné à être obturé par une io soupape associée, qui débouche dans une face inférieure de la culasse au droit d'une chambre de combustion dudit moteur par l'intermédiaire d'un élément annulaire rapporté formant siège de soupape qui est reçu sans jeu dans un logement cylindrique formé par usinage à l'extrémité du tronçon final, 15 On connaît de nombreux exemples de moteurs thermiques de ce type. En particulier il est connu de l'état de la technique des moteurs thermiques à allumage commandé du type décrit précédemment comportant par exemple quatre soupapes par 20 cylindre. Dans de tels moteurs, il est généralement souhaitable de produire à l'admission un écoulement tourbillonnaire des gaz d'admission suivant un axe de rotation qui est perpendiculaire au plan médian aux soupapes d'admission. Un tel écoulement est 25 appelé "tumble", et il permet au moment de l'allumage de bénéficier d'une vitesse de combustion des gaz admis qui est plus importante en charge partielle que la vitesse d'un écoulement conventionnel et qui, par conséquent, accroît le potentiel de dilution avec des gaz brûlés résiduels restant dans la chambre de 30 combustion. Ceci se traduit directement par un gain sur la consommation du moteur. Lors du démarrage du moteur, un écoulement de type "tumble" permet aussi de réaliser une combustion avec une 2909717 2 avance élevée à l'allumage, qui dégage un nombre élevé de calories qui, lorsqu'elle sont rejetées à l'échappement, permettent un échauffement rapide de la ligne d'échappement, et notamment d'un dispositif de dépollution tel qu'un catalyseur logé dans 5 celle-ci. Enfin, un écoulement tourbillonnaire de type "tumble" permet, lorsque le moteur est en pleine charge à bas régime, de réduire le cliquetis dudit moteur. La réalisation d'un écoulement de type "tumble" passe io nécessairement par la mise en place d'une configuration aérodynamique précise des conduits d'admissions, cette configuration aérodynamique devant pouvoir être mise en oeuvre de manière fiable et répétée dans le cadre d'une production industrielle. 15 En particulier, cette configuration aérodynamique doit être indépendante des inévitables dispersions de fonderie qui peuvent survenir lors du moulage de la culasse équipant un tel moteur de véhicule automobile. Conventionnellement, une telle configuration aéra- 20 dynamique est obtenue de plusieurs façons : En premier lieu, un système mécanique peut être mis en place dans le conduit d'admission, ce système étant par exemple constitué d'un boisseau déflecteur ou de plaques de séparation horizontales logées dans le conduit, et qui peuvent être 25 désactivés selon les phases de fonctionnement du moteur. L'inconvénient de tels systèmes est qu'ils ne doivent pas être trop éloignés des soupapes, sous peine de voir l'écoulement des gaz d'admission revenir à un état laminaire, et que d'autre part ils peuvent être sujets à un phénomène de "mouillage" par le 30 carburant, ce qui conduit à une perturbation de la composition du mélange carburé introduit dans la chambre de combustion. 2909717 3 En second lieu, une autre solution consiste à optimiser la forme du conduit d'admission pour produire l'écoulement tourbillonnaire de type "tumble". Dans cette dernière hypothèse, un paramètre important qui 5 doit être pris en compte lors de la réalisation de la culasse est que les noyaux de sable destinés à former les conduits d'admissions de la culasse lors de son moulage peuvent se déplacer dans trois directions dans une certaine gamme de valeur par rapport à la chambre de combustion. io Pour atténuer cet effet de positionnement des conduits par rapport à la chambre, une première technique consiste à insérer les sièges de soupape à la coulée et de travailler sur un concept de pipe d'admission/chambre de combustion monobloc. Ainsi, les dispersions de positions sont minimes. 15 Les inconvénients de ce procédé sont principalement sont coût, sa difficulté de mise en oeuvre, et surtout le fait qu'il ne permet pas d'adapter des sièges autres que des sièges classiques à deux ou trois pentes. Une seconde technique consiste à utiliser des sièges dits 20 "rapportés", c'est-à-dire des sièges de soupape qui sont intégrés à la chambre de combustion après la coulée suivant des processus successifs d'usinage de la culasse et d'emmanchement du siège. Dans ce cas, il importe peu que les conduits soient 25 déportés par rapport à la chambre de combustion et par rapport à leur position nominale, puisqu'une opération de calibrage peut être réalisée pour assurer une reprise du conduit de manière à assurer sa continuité avec le siège de soupape rapporté. Or, les dernières innovations permettant de produire un 30 écoulement gazeux de type "tumble", consistent en la réalisation d'un usinage tronconique dans les conduits d'admissions. Un tel usinage permettant notamment de réaliser dans le conduit une 2909717 4 variation de diamètre ou "marche" susceptible de générer en aval un écoulement tourbillonnaire de type "tumble". L'invention propose de transposer cette technologie, initialement réservée aux conduits d'admissions, aux sièges 5 rapportés de la soupape de manière à s'affranchir des dispersions de positionnement du conduit d'admission. Dans ce but, l'invention propose un moteur thermique de véhicule automobile du type décrit précédemment muni d'un élément annulaire rapporté comportant un tronçon aval io comportant le siège de soupape et un tronçon amont comportant une portée intérieure tronconique d'angle déterminé destinée qui est destinée à proposer un dégagement permettant d'une part un raccordement continu dudit tronçon avec la paroi du tronçon final coudé du conduit d'admission par fraisage sans altérer ledit 15 tronçon final coudé du conduit d'admission, et d'autre part formant une marche provoquant la formation d'un mouvement tourbillonnaire des gaz d'admission, ou "tumble", tourbillonnant selon un axe de rotation d'axe perpendiculaire à l'axe du siège de soupape. 20 Selon une autre caractéristique de l'invention, l'élément annulaire est fraisé sensiblement suivant l'axe du tronçon final du conduit d'admission et selon un diamètre correspondant à celui du tronçon final du conduit d'admission pour assurer un raccordement continu du tronçon amont avec le tronçon final 25 coudé du conduit d'admission et pour que d'autre part la marche soit formée dans ledit élément annulaire. L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'une culasse pour un moteur thermique du type décrit précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte au moins : 30 -une première étape de moulage de la culasse, - une deuxième étape d'usinage d'un logement cylindrique destiné à recevoir l'élément annulaire, 2909717 5 - une troisième étape d'insertion de l'élément annulaire dans le logement cylindrique associé de la culasse, - une quatrième étape au cours de laquelle une fraise de diamètre correspondant à celui du tronçon final du conduit s d'admission est introduite dans l'élément annulaire selon l'axe du tronçon final du conduit 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 io dans lesquels : - La figure 1 est une vue schématique d'une culasse pour un moteur thermique réalisé selon un état antérieur de la technique, - La figure 2 est une vue schématique d'une culasse pour 15 un moteur thermique selon l'invention représentée lors de l'insertion de l'élément annulaire rapporté, - La figure 3 est une vue schématique d'une culasse pour un moteur thermique selon l'invention représentée postérieure-ment à l'usinage dudit élément annulaire rapporté et du conduit 20 d'admission de ladite culasse. Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires. On a représenté à la figure 1 de manière schématique une 25 culasse 10 pour un moteur thermique de véhicule automobile. De manière connue, la culasse 10 comporte au moins un conduit d'admission moulé 12 dont l'extrémité débouchant dans la culasse est munie d'un tronçon final coudé 14 qui est destiné à être obturé par une soupape 16 associée qui a été représentée en 30 traits pointillés sur la figure 1. De manière connue, le conduit 12 débouche dans une face inférieure 18 de la culasse 10 au droit d'une chambre de combustion 20 du moteur par l'intermédiaire d'un élément 2909717 6 annulaire rapporté 22 qui forme siège pour la soupape 16 et qui est reçu sans jeu dans un logement cylindrique 24 formé par usinage à l'extrémité du tronçon final 14 du conduit 12. Conventionnellement, une fois l'élément annulaire 22 5 inséré dans le logement 24 de la culasse 10, une opération de finition consiste à réaliser un usinage du tronçon final 14 du conduit 12 à l'aide d'une fraise (non représentée) qui présente la forme d'une ogive et qui est destinée à usiner la zone de jonction de l'élément annulaire 22 et du tronçon final coudé 14 de manière io à permettre un écoulement aussi parfait que possible des gaz d'admission qui doivent emprunter le conduit 12. Or, comme représenté à la figure 1, l'usinage du tronçon final coudé 14 par la fraise en ogive conduit généralement à un enlèvement 26 de la matière du tronçon final coudé 14 du conduit is à proximité de l'élément annulaire 22, ce qui modifie la forme du conduit 12 d'une manière telle qu'il n'est plus à même de générer un écoulement tourbillonnaire de type "tumble" des gaz d'admission qui le traversent. Comme l'illustre en particulier la figure 1, les parois du 20 tronçon final coudé 14 du conduit 12 sont prévues pour être sensiblement rectilignes à proximité de l'élément annulaire 22, et c'est précisément à proximité dudit élément annulaire 22 que la fraise en forme d'ogive creuse le tronçon final 14 du conduit 12 en réalisant l'enlèvement de matière 26 de sorte que ses parois ne 25 sont plus sensiblement rectilignes. Pour remédier à cet inconvénient, l'invention propose un moteur thermique de véhicule automobile du type décrit précédemment comportant une culasse 10 munie d'un élément annulaire 22 qui est conformé de manière que l'usinage de la 30 zone de jonction entre ledit élément annulaire 22 et le tronçon final coudé 14 du conduit permette la réalisation de parois dudit tronçon final 14 ne s'opposant pas à la formation d'un écoulement tourbillonnaire du type "tumble". 2909717 7 Dans ce but, l'invention propose un moteur thermique de véhicule automobile du type décrit précédemment, caractérisé en ce que l'élément annulaire 22 comporte un tronçon aval 28 comportant le siège 30 de soupape et un tronçon amont 32 5 comportant une portée intérieure tronconique 34 d'angle déterminé qui est destinée à proposer un dégagement 36 permettant d'une part un raccordement continu dudit tronçon 32 avec la paroi 38 du tronçon final coudé 14 du conduit d'admission 12 lors d'une opération de fraisage sans altérer ledit tronçon final io 14 du conduit d'admission 12. D'autre part, la portée intérieure tronconique 34 du tronçon amont 32 de l'élément annulaire 22 permet avantageusement de former une marche 40 provoquant la formation d'un mouvement tourbillonnaire des gaz d'échappement de type "tumble" dont l'axe 15 de rotation est sensiblement perpendiculaire à l'axe du siège 30 de soupape ou, si le moteur est équipé de deux soupapes d'admission, est sensiblement perpendiculaire au plan médian inter-soupapes. Comme l'illustre la figure 2, l'élément annulaire 22 est 20 d'abord introduit sans jeu dans son logement 24 préalablement usiné dans la culasse 10. L'élément annulaire 22 est par exemple monté par emmanchement. Puis, comme l'illustre la figure 3, l'élément annulaire 22 est fraisé sensiblement suivant l'axe "A" du tronçon final coudé 14 du 25 conduit d'admission 12 et selon un diamètre "D" correspondant à celui du tronçon final 14 du conduit d'admission 12, ce qui est rendu possible par le dégagement 36 que propose par le tronçon amont 32 de l'élément annulaire 22 comportant la portée tronconique 34. Ceci permet d'assurer un raccordement continu 30 du tronçon amont 32 de l'élément annulaire 22 avec le tronçon final coudé 14 du conduit d'admission 12 sans détériorer les parois du tronçon final 14 du conduit d'admission 12. 2909717 8 Cette configuration permet aussi d'éviter toute saillie radiale du tronçon amont 32 de l'élément annulaire 22 dans le prolongement du tronçon final 14 du conduit 12, de sorte que la variation de diamètre ou marche 40 destinée à permettre la 5 formation de l'écoulement tourbillonnaire est formée seulement dans ledit élément annulaire 22. La différence de diamètre entre le tronçon amont 32 de l'élément annulaire et son siège 30, permet donc de provoquer un mouvement tourbillonnaire des gaz d'admission au moment de io leur traversée dans ledit élément annulaire 22, c'est-à-dire au plus près du siège 30 de soupape, ce qui permet d'éviter que l'écoulement ne redevienne laminaire. Dans cette configuration, la réalisation d'une telle culasse 10 peut être obtenue par la mise en oeuvre d'un procédé de is fabrication comportant : - une première étape de moulage de la culasse 10, - une deuxième étape d'usinage d'un logement cylindrique 24 destiné à recevoir l'élément annulaire 22, - une troisième étape d'insertion de l'élément annulaire 22 20 dans le logement cylindrique 24 associé de la culasse 10, notamment une étape d'emmanchement, - une quatrième étape au cours de laquelle une fraise de diamètre "D" correspondant à celui du tronçon final 14 du conduit 12 d'admission est introduite dans l'élément annulaire 22 selon 25 l'axe du tronçon final 14 du conduit d'admission 12. L'invention permet donc de réaliser avantageusement une culasse 10 comportant un élément 22 rapporté formant siège de soupape qui permet de provoquer un écoulement tourbillonnaire de type "tumble", et qui s'affranchit des conventionnelles 30 dispersions liées à la réalisation de la culasse 10 par un procédé de fonderie. REVENDICATIONS 1. Moteur thermique de véhicule automobile, du type qui comporte au moins une culasse (10) dont au moins un conduit d'admission moulé (12) comporte un tronçon final coudé (14), destiné à être obturé par une soupape (16) associée, qui débouche dans une face inférieure (18) de la culasse (10) au droit d'une chambre de combustion (20) dudit moteur par l'intermédiaire d'un élément annulaire (22) rapporté formant siège de soupape qui est reçu sans jeu dans un logement cylindrique (24) formé par usinage à l'extrémité du tronçon final (14), caractérisé en ce que l'élément annulaire (22) comporte un tronçon aval (28) comportant le siège (30) de soupape et un tronçon amont (32) comportant une portée intérieure tronconique (34) d'angle déterminé qui est destinée à proposer un is dégagement (36) permettant d'une part un raccordement continu dudit tronçon (32) avec la paroi du tronçon (14) final du conduit (12) d'admission par fraisage sans altérer ledit tronçon final (14) du conduit (12) d'admission, et d'autre part formant une marche (40) provoquant la formation d'un mouvement tourbillonnaire des 20 gaz d'admission, ou "tumble", tourbillonnant selon un axe de rotation d'axe perpendiculaire à l'axe du siège (30) de soupape. 2. Moteur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément annulaire (22) est fraisé sensiblement suivant l'axe (A) du tronçon final (14) du conduit d'admission (12) et selon 25 un diamètre (D) correspondant à celui du tronçon final (14) du conduit d'admission (12) pour assurer un raccordement continu du tronçon amont (32) avec le tronçon final coudé (14) du conduit d'admission (12) et pour que d'autre part la marche (40) soit formée dans ledit élément annulaire (22). 30 3. Procédé de fabrication d'une culasse d'un moteur thermique selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte au moins : 2909717 io - une première étape de moulage de la culasse (10), - une deuxième étape d'usinage d'un logement (24) cylindrique destiné à recevoir l'élément annulaire (22), - une troisième étape d'insertion de l'élément annulaire 5 (22) dans le logement cylindrique (24) associé de la culasse (10), - une quatrième étape au cours de laquelle une fraise de diamètre (D) correspondant à celui du tronçon final (14) du conduit d'admission (12) est introduite dans l'élément annulaire (22) selon l'axe (A) du tronçon final (14) du conduit d'admission io (12).