Brevet FR2920820A1 — publié le 20090313

SOUPAPE A MASQUE INTEGRE [0001] Le domaine technique de l'invention concerne les soupapes des moteurs à combustion interne des véhicules automobiles. Plus spécifiquement, l'invention porte sur un modèle de soupape, dont le concept va permettre de favoriser certains écoulements gazeux, dans le but d'améliorer les conditions d'aérodynamique dans les chambres de combustion du moteur. [0002] Les dispositifs spécifiques de soupapes adaptées au fonctionnement des moteurs à combustion interne de véhicule automobile, et conçues pour influencer les écoulements gazeux lors des phases d'admission et/ou d'échappement existent déjà et ont fait l'objet de brevets. On peut, par exemple, citer le brevet FR1133266, qui se rapporte à une soupape d'admission pour moteurs à combustion interne, comportant un écran de déviation participant au mouvement de la soupape et ayant pour but de faire dévier le fluide entrant. L'objet de cette invention a pour but de rendre le mouvement de l'écran indépendant de celui de la soupape en ce qui concerne une rotation éventuelle de cette dernière pendant la levée. L'écran, pour cette invention, est une pièce autonome, interposée en amont de la soupape par rapport à l'écoulement gazeux, entre la culasse et la tête de ladite soupape. De plus, il possède une géométrie complexe, pour être adapté à son environnement immédiat et pour interagir avec un ressort précontraint. [0003] Les soupapes pour moteurs à combustion interne de véhicule automobile selon l'invention, possèdent un écran intégré, permettant d'obtenir une perméabilité différente en fonction du lieu de passage des gaz autour de la soupape, et de dévier les flux gazeux incidents, pour modifier et améliorer les conditions d'aérodynamique dans les chambres de combustion. Ledit écran n'interagit avec aucun élément extérieur auxdites soupapes, et favorise l'écoulement des gaz toujours par le même passage, malgré une éventuelle rotation non maîtrisée de la soupape autour de son axe longitudinal, inhérente à son mécanisme de levée. Il est à noter que ce type d'écran est surtout adapté aux soupapes d'admission, mais peut également équiper les soupapes d'échappement pour, par exemple, favoriser un balayage d'air de type twisté. En effet, en phase de croisement, c'est à dire lorsque les soupapes d'admission sont ouvertes en même temps que les soupapes échappement, il peut se produire un retour des gaz passés à l'échappement, vers la chambre de combustion. L'effet de masquage, notamment au niveau des soupapes d'échappement, peut être utilisé pour amorcer ou accentuer l'effet d'écoulement privilégié recherché. [0004] La présente invention a pour objet une soupape de moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, comprenant une tête et une queue. La principale caractéristique technique de la soupape selon l'invention, est que ladite tête possède un écran périphérique sur un secteur angulaire donné, de manière à accroître de ladite tête selon une direction donnée. Autrement dit, l'écran contribue à accroître la circonférence de la tête de la soupape, sur une portion donnée. Généralement les soupapes sont allongées et possèdent un axe longitudinal. Cet accroissement s'effectue donc dans un plan perpendiculaire audit axe. En principe, au moment de l'ouverture ou de la fermeture de la soupape dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, les gaz passent de façon homogène dans l'espace circulaire situé entre la tête de la soupape et le siège de soupape, ménagé dans la culasse. L'écran joue alors, à la fois, le rôle d'un masque et d'un déflecteur, en réduisant la section de passage des gaz, et en les réorientant vers le passage situé entre la tête de la soupape et le siège de soupape, dans une zone où l'écran est absent. De cette manière, l'écoulement gazeux comprend une composante majoritaire et une composante minoritaire, dont la combinaison concourt à favoriser certains mouvements tourbillonnaires dans la chambre de combustion. En fonction de la forme précise de l'écran, de sa longueur, et de son épaisseur, ces deux composantes peuvent avoir un poids variable l'une par rapport à l'autre. [0005] Préférentiellement, la tête est circulaire et l'écran a la forme d'une pièce annulaire, dont la longueur correspond à un arc de cercle. [0006] De façon préférentielle, l'écran est mobile en rotation autour de la tête. De cette manière, l'écran est solidarisé à la soupape et possède un degré de liberté de déplacement en rotation autour de l'axe longitudinal de la soupape. La mise en rotation de l'écran peut être naturelle, en étant dictée par l'inclinaison de la soupape, ou être pilotée au moyen d'une commande externe. [0007] Avantageusement, le secteur angulaire est inférieur ou égal à 180°. [0008] Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le secteur angulaire est égal à 180°. En effet, la configuration impliquant un écran débordant de la tête de la soupape sur une demi-circonférence, est particulièrement recherchée, car elle permet d'occulter, en partie, la moitié du passage des gaz vers la chambre de combustion pour provoquer un mouvement tourbillonnaire de forte intensité. La surface d'occultation étant choisie pour obtenir l'effet de masquage désiré. [0009] De façon avantageuse, l'écran est implanté sur une face de la tête, opposée à la queue. De cette manière, l'écran est positionné sur une face de la tête de la soupape, située du côté de la chambre de combustion, ce qui évite de gêner la perméabilité de l'air dans le conduit. [0010] De façon préférentielle, l'écran est plan et de faible épaisseur. De cette manière, il est peu encombrant et n'entrave pas le mécanisme d'ouverture et de fermeture de la soupape. [0011] Préférentiellement, l'écran est lesté pour pouvoir se positionner autour de la tête, uniquement sous l'effet de son poids et de l'inclinaison de la soupape. Ainsi, l'écran favorise l'écoulement des gaz toujours par le même passage, malgré une éventuelle rotation non maîtrisée de la soupape autour de son axe longitudinal, inhérente à son mécanisme de levée. En effet, les soupapes d'admission sont généralement inclinées par rapport à un axe vertical, et ont souvent tendance à effectuer un mouvement rotatif indésirable autour de leur axe longitudinal, ledit mouvement étant provoqué par leur mécanisme de levée. Pour une inclinaison de la soupape donnée, et quelle que soit le degré de rotation de la soupape sur elle-même, l'écran vient se placer sur la tête de la soupape, toujours au même endroit par rapport au siège de soupape. [0012] De façon avantageuse, une masselotte est solidarisée à l'écran pour accroître son poids et imposer une position d'équilibre de l'écran qui reste constante. L'écran va se positionner autour de la tête de la soupape de sorte que la masselotte constitue le point le plus bas dudit écran sur ladite tête. [0013] Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la masselotte est fixée au centre de l'écran. L'écran est alors placé de façon symétrique autour de la tête de la soupape, par rapport à la position basse de la masselotte. [0014] Selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention, la masselotte est 5 implantée sur l'écran de façon excentrée. L'écran occupe alors une position dissymétrique par rapport à la position basse de la masselotte sur la tête de la soupape. [0015] De façon préférentielle, l'écran se déplace dans une gorge de la tête de la soupape. Le dessin de la gorge va donc guider le déplacement de l'écran sur la tête de la soupape. Avantageusement, la gorge épouse le contour de ladite tête et est circulaire. 10 [0016] L'invention porte également sur un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, comprenant une culasse, une pluralité de chambres de combustion, délimitées chacune par la culasse et un cylindre, dans lequel est amené à coulisser un piston, et au moins une soupape d'admission par chambre de combustion, ladite soupape possédant une tête susceptible d'ouvrir ou de fermer ladite chambre. La principale caractéristique 15 technique d'un moteur selon l'invention, est que chaque soupape est conforme à l'invention. [0017] Avantageusement, l'écran est implanté sur la face de la tête de chaque soupape, située du côté de la chambre de combustion. [0018] Les soupapes selon l'invention présentent l'avantage de disposer d'un écran 20 déflecteur mobile, dont le déplacement ne nécessite aucune source énergétique extérieure. Seul le poids dudit écran permet de le positionner sur la soupape, en fonction notamment de l'inclinaison de celle-ci. Le positionnement de l'écran sur la soupape est sûr et fiable, dans la mesure où il ne peut pas être envisagé une quelconque défaillance d'une source énergétique extérieure. De plus, le dispositif d'obturation matérialisé par cet écran, est peu 25 encombrant et son mécanisme de déplacement reste simple. [0019] On donne ci-après une description détaillée de plusieurs modes de réalisation préférés d'une soupape selon l'invention en se référant aux figures 1 à 7. - La figure la est une vue de la face libre de la tête d'un premier mode de réalisation préféré d'une soupape selon l'invention. - La figure lb est une vue latérale de la tête de la soupape de la figure la. - La figure 1c est une vue de la soupape des figures la et lb, en position 5 inclinée. - La figure 2 est une vue de la face libre de la tête d'un deuxième mode de réalisation préféré d'une soupape selon l'invention. - La figure 3 est une vue de la face libre de la tête d'un troisième mode de réalisation préféré d'une soupape selon l'invention. 10 - La figure 4 est une vue latérale partielle d'un moteur, montrant une soupape selon l'invention fermée. - La figure 5 est vue latérale partielle d'un moteur, montrant une soupape selon l'invention ouverte. - La figure 6 est une vue schématique du dessus d'un cylindre montrant une 15 première utilisation des soupapes selon l'invention. - La figure 7 est une vue schématique du dessus d'un cylindre montrant une deuxième utilisation des soupapes selon l'invention. Pour une bonne compréhension de l'invention, et par souci de clarté, il faut préciser que toutes les soupapes selon l'invention décrites ci-après, sont classiquement constituées 20 d'une tête circulaire élargie et d'une queue, ladite tête possédant une face circulaire plane. Elles sont également de forme allongée et possèdent un axe longitudinal. [0020] En se référant à la figure la, un premier mode de réalisation préféré d'une soupape 1 selon l'invention, comprend un écran 3 périphérique rapporté, représenté par une pièce annulaire plane. De façon plus précise, cette pièce est assimilable à un bourrelet ayant la forme d'une demi-couronne, placée sur la tête 4 de la soupape 1, de manière à être au contact de la face circulaire plane 5 de ladite tête 4, tout en chevauchant le bord externe de cette face 5 sur un secteur angulaire de 180°. De cette manière, cet écran 3 accroît le diamètre de la face 5 sur un secteur angulaire de 180°. Le poids de cet écran 3 est alourdi par l'intermédiaire d'une masselotte 7, positionnée au milieu dudit écran 3, conférant ainsi à cet écran 3 un aspect de symétrie. [0021] En se référant à la figure lb, cet écran 3, qui est plat, vient s'insérer dans une gorge circulaire (non représentée) située autour de la tête 4. Cette gorge s'inscrit dans un plan transversal par rapport à l'axe longitudinal de la soupape 1. De cette manière, l'écran 3 est libre de tourner autour de la tête 4 de la soupape 1. [0022] En se référant à la figure 1c, dans le cas où la soupape 1 est inclinée par rapport à un axe vertical, l'écran 3 vient librement se placer autour de la tête 4 de la soupape 1, de manière à ce que la masselotte 7 représente le point le plus bas dudit écran 3 sur ladite soupape 1. Il s'agit d'une position d'équilibre stable pour ledit écran 3. [0023] En se référant à la figure 2, un deuxième mode de réalisation préféré d'une soupape 10 selon l'invention, se différencie du premier mode de réalisation décrit ci-avant, par le fait que la masselotte 17 est implantée sur l'écran 13 de façon excentrée, conférant audit écran 13 un aspect asymétrique. Dans le cas où la soupape 10 se retrouve en position inclinée, l'écran 13 se positionne autour de la tête 14 de manière à ce que la masselotte 17 occupe naturellement la position la plus basse. De cette manière, ce deuxième mode de réalisation préféré de l'invention, propose une deuxième position d'équilibre stable pour l'écran 13, qui est décalée par rapport à la position décrite dans le premier mode de réalisation préféré de l'invention. [0024] En se référant à la figure 3, un troisième mode 100 de réalisation préféré de l'invention se différencie des deux modes de réalisation préférés ci-avant décrits, par le fait qu'une languette 120 relie les deux extrémités de l'écran 103 en passant par le dessus de la tête 104 de la soupape 100, qui est la partie de la tête 104 opposée à la face circulaire plane. Cette languette 120 traverse la queue 118 de la soupape 100, et permet ainsi à l'axe longitudinal de la soupape 100 de constituer l'axe de rotation de l'écran 103. [0025] En se référant à la figure 4, un moteur 50 selon l'invention comprend une culasse 51, au moins une chambre de combustion 52 délimitée par la culasse 51 et un cylindre 53, dans lequel est amené à coulisser un piston 54, deux soupapes d'admission 55 et deux soupapes 56 d'échappement. Lesdites soupapes 55,56 sont inclinées par rapport à un axe vertical. Les soupapes d'admission 55 sont conformes à l'invention. Elles sont donc dotées chacune d'un écran 59 mobile et lesté, qui vient alors se positionner librement en position basse au niveau de leur tête 4,14,104. [0026] En se référant à la figure 5, l'ouverture des soupapes d'admission 55 provoque une arrivée des gaz dans la chambre de combustion 52, dont les caractéristiques sont dictées par la forme, la taille et le positionnement de l'écran 59 sur chaque soupape d'admission 55. L'écran 59 joue alors le rôle d'un masque ou d'un plan déflecteur. En effet, le flux de gaz pénétrant par le passage délimité par l'écran 59 et le siège de soupape, est minoritaire, tandis que le passage situé entre la tête 4,14,104 de la soupape 55 sans écran 59 et le siège de soupape est majoritaire, comme l'indique la flèche 57. La résultante du flux gazeux total pénétrant dans la chambre de combustion 52 est alors hétérogène, et favorise les conditions d'aérodynamique dans ladite chambre 52. [0027] La figure 6 illustre un exemple d'utilisation de deux soupapes 55 d'admission selon l'invention, lorsque les deux soupapes d'échappement 56 sont fermées. L'agencement des écrans 59 sur les soupapes d'admission 55, tel qu'il est présenté sur la figure 6, permet, par exemple, de concentrer l'arrivée des gaz incidents en un flux circulaire, circulant en sens inverse de celui des aiguilles d'une montre, comme indiqué par les flèches 60. Cette configuration des écrans 59 sur les soupapes d'admission, est favorable à la création d'un mouvement tourbillonnaire marqué. [0028] Comme indiqué sur la figure 7, lorsqu'une seule soupape d'admission 55 est ouverte, l'écran 59 de ladite soupape 55, contribue également à orienter le flux de gaz incident, suivant une direction privilégiée, comme indiqué par la flèche 61. [0029] Ces deux exemples d'utilisation ne sont évidemment pas limitatifs, et il est aisé d'imaginer d'autres configurations, impliquant d'autres types d'écrans, ayant des géométries et des positions différentes, pour répondre à des besoins spécifiques. REVENDICATIONS 1. Soupape (1.10.55100) de moteur (50) à combustion interne d'un véhicule automobile; comprenant une tête (4.14;104) et une queue (118), caractérisée en ce que ladite tête (4,14,104) possède un écran périphérique (3.13.59.103) sur un secteur angulaire donné, de manière à accroître les dimensions de ladite tête (4,14,104) selon une direction donnée. 2. Soupape selon la revendication 1. caractérisée en ce que la tête (4,14.104) est circulaire et l'écran (3.13,59,103) a la forme d'une pièce annulaire, dont la t 0 longueur correspond à un arc de cercle. 3. Soupape selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'écran (3,13,59,103) est mobile en rotation autour de la tête (4.14,104). 4. Soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le secteur angulaire est inférieur ou égal à 180°. 15 5. Soupape selon la revendication 4, caractérisée en ce que le secteur angulaire est égal à 180°. 6. Soupape selon l'une quelconque des revendications précédentes_ caractérisée en ce que l'écran est implanté sur une face de la tête. opposée à la queue (118). 7. Soupape selon l'une quelconque des revendications précédentes. caractérisée en ce 20 que l'écran (3.1 3,59;103) est plan et de faible épaisseur. Soupape selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisée en ce que l'écran (3,13,59,103) est lesté pour pouvoir se positionner autour de la tête (4,14,104). uniquement sous l'effet de son poids et de l'inclinaison de la soupape (3,13,59,103). 25 9. Soupape selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'une masselotte (7.17) est solidarisée à l'écran (3,13.103) pour accroître son poids et imposer une position d'équilibre de l'écran qui reste constante.10. Soupape selon la revendication 9, caractérisée en ce que la masselotte (7.17) est fixée au centre de l'écran {3,13,103). 1 1. Soupape selon la revendication 9, caractérisée en ce que la masselotte (7,17) est implantée sur l'écran (3.13,103) de façon excentrée. 12. Soupape selon l'une quelconque des revendications 3 à 1 f, caractérisée en ce que l'écran (3,13,59,103) se déplace dans une gorge de la tête (4,14,104) de la soupape. 13. Moteur (50) à combustion interne d'un véhicule automobile, comprenant une culasse (51), une pluralité de chambres (52) de combustion, délimitées chacune par IO la culasse (51) et un cylindre (53), dans lequel est amené à coulisser un piston (54), et au moins une soupape d'admission (55) par chambre de combustion (52), ladite soupape (55) possédant une tête (4.14,104) susceptible d'ouvrir ou de fermer ladite chambre (52), caractérisé en ce que chaque soupape (55) est conforme à l'une quelconque des revendications précédentes. 15 14. Moteur selon la revendication 13. caractérisé en ce que l'écran (3,13,59,103) est implanté sur la face (5,105) de la tête (4,14,104) de chaque soupape (55), située du côté de la chambre (52) de combustion.