Brevet FR2910540A1 — publié le 20080627

Moteur à combustion interne pour véhicule automobile La présente invention concerne un moteur à combustion interne pour véhicule automobile, du type comprenant au moins un cylindre et une culasse formant ensemble une chambre de combustion délimitée par un pis-ton mobile dans le cylindre, la culasse comportant au moins un conduit d'admission pour acheminer des gaz d'admission vers la chambre de combustion et au moins un conduit d'échappement pour évacuer des gaz d'échappement de la chambre de combustion. On connaît déjà des moteurs à combustion interne de véhicule auto-mobile comprenant par exemple une culasse et quatre cylindres. Chaque cylindre forme avec la culasse une chambre de combustion délimitée par un piston mobile dans le cylindre. La chambre de combustion est généralement ouverte ou fermée par une ou plusieurs soupapes d'admission et par une ou plusieurs soupapes d'échappement. Chaque soupape d'admission est reliée à un conduit d'admission de la culasse pour acheminer des gaz de combustion vers la chambre de combustion, et chaque soupape d'échappement est reliée à un conduit d'échappement de la culasse pour évacuer les gaz d'échappement de la chambre de combustion, après combustion des gaz dans la chambre. Cependant, les performances de ces moteurs sont limitées par la sec- tion des soupapes d'admission et d'échappement. En effet, le remplissage de la chambre de combustion est limité par la section de chaque soupape d'admission tandis que la vidange de la chambre de combustion est limitée par la section de chaque soupape d'échappement. L'invention a pour but d'améliorer les performances du moteur. A cet effet, l'invention a pour objet un moteur du type précité, caractérisé en ce que la culasse comprend également au moins un passage adjacent au cylindre et débouchant dans le cylindre pour le passage des gaz de combustion et/ou d'échappement, et un moyen de dérivation mobile entre une position d'admission, une position d'échappement et une position inter- médiaire, le moyen de dérivation reliant ledit passage au seul conduit d'admission lorsqu'il est dans la position d'admission, reliant ledit passage 2910540 2 au seul conduit d'échappement lorsqu'il est dans la position d'échappement et reliant ledit passage à chacun des conduits d'admission et d'échappement lorsqu'il est dans la position intermédiaire. Le moteur peut également comporter une ou plusieurs des caractéris- 5 tiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons tech- niquement possibles : - le moyen de dérivation obture le conduit d'échappement lorsqu'il est en position d'admission et obture le conduit d'admission lorsqu'il est en position d'échappement ; 10 - les conduits d'admission et d'échappement convergent l'un vers l'autre et débouchent dans une chambre commune du passage, la chambre commune étant propre à mettre les conduits d'admission et d'échappement en communication l'un avec l'autre, le moyen de dérivation étant monté mobile dans la chambre commune ; 15 - le moyen de dérivation comprend un clapet monté rotatif entre la position d'admission, la position intermédiaire et la position d'échappement ; - le moyen de dérivation comprend un boisseau monté rotatif entre la position d'admission, la position intermédiaire et la position d'échappement ; - les conduits d'admission et d'échappement sont disposés l'un dans 20 l'autre, les deux conduits débouchant à l'une de leurs extrémités dans ledit passage; - le moyen de dérivation obture l'extrémité du conduit d'échappement lorsqu'il est en position d'admission et obture l'extrémité du conduit d'admission lorsqu'il est en position d'échappement ; 25 - le moyen de dérivation est un clapet bidirectionnel monté mobile entre la position d'admission, la position intermédiaire et la position d'échappement. L'invention a également pour objet un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un moteur tel que décrit ci-dessus. 30 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et se référant aux dessins annexés, sur lesquels : 2910540 3 - la figure 1 est une vue schématique d'une section d'un cylindre et d'une culasse selon un premier mode de réalisation, en phase de combustion ; - les figures 2 à 4 sont des figures analogues à la figure 1, en phases 5 respectivement d'échappement, intermédiaire et d'admission ; - la figure 5 est une vue analogue à la figure 1 d'une culasse selon un deuxième mode de réalisation, en phase de combustion ; - les figures 6 à 8 sont des figures analogues à la figure 5, en phases respectivement d'échappement, intermédiaire et d'admission ; 10 - la figure 9 est une figure analogue aux figures 1 et 5 illustrant une culasse selon un troisième mode de réalisation, en phase de combustion ; - les figures 10 à 12 sont des figures analogues à la figure 9, en phases respectivement d'échappement, intermédiaire et d'admission ; - la figure 13 est une vue analogue aux figures 1, 5 et 9 d'une culasse 15 selon un quatrième mode de réalisation, en phase de combustion ; - les figures 14 à 16 sont des vues analogues à la figure 13, en phases respectivement d'admission, intermédiaire et d'échappement. Les figures 1 à 16 illustrent une section d'une culasse 2 et d'un cylindre 4 d'un moteur à combustion interne, par exemples des véhicules auto- 20 mobiles. La culasse 2 et le cylindre 4 définissent une chambre de combustion, délimitée par un piston 5 mobile en va-et-vient dans le cylindre 4. La culasse 2 comporte un conduit d'admission 6 pour acheminer des gaz d'admission (air frais ou mélange carburé) vers la chambre de combus- 25 tion, un conduit d'échappement 8 pour évacuer des gaz d'échappement de la chambre de combustion après combustion des gaz, un passage 10 adjacent au cylindre 4 et débouchant dans le cylindre 4, et un moyen de dérivation 20 pour relier le passage 10 avec le conduit d'admission 6 et/ou le conduit d'échappement 8. 30 Dans un premier mode de réalisation illustré sur les figures 1 à 4, le passage 10 comprend une chambre commune 22 se divisant en un premier conduit 24 et un deuxième conduit 26. Le premier conduit 24 et le deuxième 2910540 4 conduit 26 débouchent chacun dans le cylindre 4, au niveau d'une face de sortie 28 de la culasse 2. La culasse 2 comprend également une première soupape 40 et une deuxième soupape 42 pour ouvrir ou fermer respectivement les premier et 5 deuxième conduits 24, 26. Les conduits d'admission 6 et d'échappement 8 sont l'un à côté de l'autre et débouchent dans la chambre commune 22 du passage 10. Le moyen de dérivation 20 comprend, dans le présent mode de réalisation, un clapet oscillant 44 monté rotatif dans la chambre commune 22 10 entre une position d'admission, une position intermédiaire et une position d'échappement. La figure 1 illustre la culasse en phase de combustion. Les première et deuxième soupapes 40, 42 sont alors fermées. Le clapet rotatif 44 est par exemple dans la position intermédiaire. Dans cette position, le clapet obture 15 et sépare la chambre commune 22 en un tronçon 50 de conduit d'admission prolongeant le premier conduit 24 jusqu'au conduit d'admission 6 pour for-mer un unique conduit, et en un tronçon 52 de conduit d'échappement pro-longeant le deuxième conduit 26 jusqu'au conduit d'échappement 8 pour former un unique conduit. Les premier et deuxième conduits 24, 26 forment 20 alors respectivement un tronçon aval de conduit d'admission et un tronçon amont de conduit d'échappement. En phase d'échappement, le clapet 44 est dans la position d'échappement, comme illustré sur la figure 2. Il obture ainsi le conduit d'admission 6 et relie le conduit d'échappement 8 à la chambre commune 25 22 du passage 10 et ainsi au premier et deuxième conduits 24, 26. Les première et deuxième soupapes 40, 42 sont ouvertes et permettent le passage des gaz d'échappement respectivement par les premier et deuxième conduits 24, 26, qui forment ainsi tous deux des tronçons de conduit d'échappement. 30 Les gaz d'échappement arrivent ensuite dans la chambre commune 22 du passage 10 puis sont orientés par le clapet rotatif 44 vers le conduit d'échappement 8. 2910540 5 Les première et deuxième soupapes 40, 42 jouent alors le rôle de soupapes d'échappement. Entre la phase d'échappement et la phase d'admission, le clapet 44 passe dans sa position intermédiaire, correspondant à une phase de croi- 5 serrent des gaz, comme illustré sur la figure 3. La configuration de la culasse 2 est la même qu'à la figure 1, hormis le fait que les soupapes 40, 42 sont ouvertes. Les gaz d'admission passent ainsi dans le tronçon de conduit d'admission de la chambre commune 22 puis dans le premier conduit 24 avant de déboucher dans le cylindre 4. Les 10 gaz présents dans le cylindre 4 peuvent s'échapper par le deuxième conduit 26, le tronçon de conduit d'échappement de la chambre commune 22 puis le conduit d'échappement 8. La figure 4 illustre la culasse 2 en phase d'admission. Dans cette phase, le clapet 44 obture le conduit d'échappement 8. Les gaz d'admission 15 débouchent alors du conduit d'admission 6 dans la chambre commune 22 puis passent dans les premier et deuxième conduits 24, 26 pour ensuite dé-boucher dans le cylindre 4. Les première et deuxième soupapes 40, 42 jouent ainsi le rôle de soupapes d'admission. 20 Le clapet 44 est par exemple commandé de façon mécanique par une came reliée au vilebrequin ou de façon électrique par un moteur électrique. En variante, le clapet oscillant 44 peut être remplacé par un papillon rotatif ou par un type d'obturateur. 25 Dans un deuxième mode de réalisation, illustré sur les figures 5 à 8, la culasse 2 est identique à la culasse 2 du premier mode de réalisation, excepté une différence : le moyen de dérivation 20 ne comprend pas un clapet rotatif 44 mais un boisseau rotatif 60, mobile en rotation entre les positions d'échappement, intermédiaire et d'admission. 30 Les figures 5 à 8 sont respectivement analogues aux figures 1 à 4 et illustrent la culasse 2 respectivement dans les phases de combustion, d'échappement, de croisement et d'admission. Le boisseau rotatif 60 occupe 2910540 6 le volume occupé par la chambre commune 22 du passage 10 de la culasse 2 du premier mode de réalisation. Le boisseau 60 est, dans l'exemple illustré, monté rotatif dans le sens horaire suivant un axe perpendiculaire à l'écoulement des gaz. Cependant, 5 le boisseau 60 peut également être monté rotatif dans le sens anti-horaire. De forme cylindrique, le boisseau 60 est ouvert sur environ les 3/4 de sa périphérie et fermé sur le quart restant par une cloison 61 en forme de secteur de cylindre. Le boisseau rotatif 60 est adapté pour : 10 - obturer le conduit d'admission 6 et relier le conduit d'échappement 8 aux premier et deuxième conduits 24, 26 pendant la phase d'échappement (figure 6); -obturer partiellement le conduit d'admission 6 et le conduit d'échappement 8 pendant la phase de croisement (figure 7) ; 15 - obturer le conduit d'échappement 8 et relier le conduit d'admission 6 aux premier et deuxième conduits 24, 26 pendant la phase d'admission (figure 8). Entre les positions de la figure 8 et de la figure 6, le boisseau passe par la position de la figure 5, diamétralement opposée à celle de la figure 7, 20 les soupapes étant fermées. Le boisseau rotatif 60 est par exemple entraîné par un moyen d'entraînement mécanique ou électrique adapté. Il s'agit par exemple d'une courroie ou d'une chaine pour un entrainement mécanique et d'un moteur électrique pour un entrainement électrique. 25 Les figures 9 à 12 illustrent un troisième de mode réalisation de la culasse 2 respectivement dans les phases de combustion, d'échappement, de croisement et d'admission. Dans ce mode de réalisation, la culasse 2 comporte toujours une première et une deuxième soupapes 40, 42, mais elle comporte un conduit 30 d'admission 6 et un conduit d'échappement 8 vers chaque soupape 40, 42. Chaque conduit d'admission 6 est disposé dans un conduit d'échappement 8 respectif, de manière coaxiale. 2910540 7 Les conduits d'admission 6 et d'échappement 8 débouchent à leur extrémité dans le passage 10 adjacent au cylindre 4. L'extrémité du conduit d'admission 6 et l'extrémité du conduit d'échappement 8 sont par exemple dans un même plan. 5 Le passage 10 est un conduit de même diamètre que le conduit d'échappement 8, prolongeant les conduits d'admission 6 et d'échappement 8. Le moyen de dérivation 20 comprend un clapet 70 bidirectionnel monté sur les deux extrémités des conduits d'admission et d'échappement 6, 8 de manière à pouvoir obturer l'une et/ou l'autre des deux extrémités coaxiales. 10 Il s'agit par exemple d'un clapet de type boite à clapet utilisé dans les moteurs 2 Temps à suralimentation par carter. Le clapet bidirectionnel 70 s'ouvre et se ferme sous l'effet de la différence de pression de part et d'autre de ses surfaces. II peut être actionné par un champ magnétique dans le cas d'un matériau paramagnétique. 15 Dans la phase de combustion, illustrée à la figure 9, les soupapes 40, 42 sont fermées. Le clapet bidirectionnel 70 est alors dans une position d'obturation des conduits d'admission 6 et d'échappement 8. En phase d'échappement, le clapet bidirectionnel 70 obture le conduit d'admission 6 et ouvre le conduit d'échappement 8, comme illustré sur la 20 figure 10. Les gaz d'échappement passent ainsi du cylindre 4 dans le pas- sage 10 puis dans le conduit d'échappement 8. La figure 11 illustre la culasse 2 en phase de croisement, le clapet bidirectionnel 70 ouvrant les extrémités des conduits d'échappement et d'admission 6, 8. Les gaz d'admission arrivent ainsi dans le passage 10 et 25 en partie dans le cylindre 4, tandis qu'une partie des gaz du cylindre 4 et du passage 10 monte dans le conduit d'échappement 8. La phase de combustion, illustrée sur la figue 12, correspond à une phase pendant laquelle le clapet bidirectionnel 70 obture le conduit d'échappement 8 et ouvre le conduit d'admission 6. Les gaz d'admission 30 peuvent ainsi pénétrer dans le passage 10 puis dans le cylindre 4. Dans l'exemple illustré, la culasse 2 comporte, pour chaque cylindre 4, deux conduits d'admission 6, deux conduits d'échappement 8, deux pas- 2910540 8 sages 10 et deux soupapes 40, 42. La culasse 2 peut cependant comporter, pour chaque cylindre 4, un seul conduit d'admission 6, un seul conduit d'échappement 8, un seul passage 10 et une seule soupape 40. Les figures 13 à 16 illustrent un quatrième mode de réalisation de la 5 culasse 2. Ce mode de réalisation ne diffère du troisième mode de réalisation que sur un point : chaque conduit d'échappement 8 est disposé dans un conduit d'admission 6 respectif, de manière coaxiale. Avec l'invention, dans tous les modes de réalisation, la commande du moyen de dérivation 20 peut être déterminée au cours du cycle, pour obtenir 10 certaines performances désirées du moteur. II est ainsi par exemple possible de fermer les soupapes 40, 42 lors-que le moyen de dérivation 20 n'est pas dans une position d'admission ou d'échappement. L'invention permet également de ne pas fermer les soupapes 40, 42 15 en dehors des phases de combustion, notamment au point mort haut du pis-ton, et donc d'avoir des lois de levée de soupape moins sévères pour la mécanique. L'invention a également pour avantage d'augmenter la section de passage des gaz arrivant dans le cylindre 4 ou sortant du cylindre 4, pen-20 dant les périodes respectivement d'admission et d'échappement. En effet, les conduits d'admission 6 et d'échappement 8 débouchent dans un pas-sage 10 dont la section est environ le double de chacun des conduits d'admission 6 et d'échappement 8. II est ainsi par exemple possible de remplir et de vidanger davantage ou plus rapidement la chambre de combustion. 25 Cette capacité accrue de remplissage et de vidange améliore les performances du moteur, notamment à régime élevé. En outre, la phase de croisement correspondant à une position intermédiaire du piston permet d'obtenir les mêmes effets que lorsque les sou-papes d'admission et d'échappement d'une culasse classique sont simulta- 30 nément ouvertes. II est également possible de procéder à des phases de croisement des gaz d'admission et d'échappement différentes de la phase 2910540 9 de croisement habituelle en modifiant la position du clapet, par exemple pour recycler des gaz de combustion. La turbulence des gaz dans le cylindre habituellement générée par les conduits d'admission 6 seuls se trouve avantageusement améliorée par 5 l'utilisation simultanée, pour le remplissage et la vidange du cylindre 4, des conduits d'admission 6 et d'échappement 8 en phase de croisement. A bas régime moteur, l'invention tire avantageusement partie d'une suralimentation par ondes de pression par gestion du moyen de dérivation 20 et appariement approprié des conduits d'admission 6 et d'échappement 8 10 des cylindres 4 entre eux tel que décrit dans le brevet français n FR 2.712 922 ("CURTILL"). Ce procédé "CURTILL" consiste à regrouper, sur un même collecteur de gaz d'échappement, un nombre de cylindres 4 tel que la pression dans les conduits d'échappement 8 présente, en fonction du temps, des fluctua- 15 tions d'amplitudes sensibles, et à relier le conduit d'échappement 8 au pas-sage adjacent 10 d'un cylindre 4 qui est en cours d'aspiration ou de remplis-sage (c'est-à-dire au voisinage du point mort bas) de manière telle que pour une plage de régime, une phase de faible pression d'échappement instantanée présente dans les conduits d'échappement 8 permette d'assurer un ba- 20 layage conduits d'admission 6/cylindre 4/conduits d'échappement 8 durant la phase de croisement du conduit d'admission 6 et du conduit d'échappement 8. La phase de forte pression d'échappement instantanée, due à un autre cylindre 4 en phase d'échappement, pendant la phase de croisement est utilisée pour effectuer un post-remplissage du cylindre 4 avec l'air préala- 25 blement stocké dans le conduit d'échappement 8 ; la taille de la turbine est choisie pour qu'à des régimes supérieurs à la susdite plage déterminée, il n'y ait pratiquement pas de post-remplissage du cylindre 4 avec des gaz d'échappement. En effet le procédé "CURTILL" est avantageusement utilisé par 30 l'invention dans la mesure où le ou chaque conduit d'échappement 8 est mis en communication avec le ou chaque conduit d'admission 6 pendant la phase de croisement pour permettre le stockage de l'air frais et sa recom- 2910540 lo pression par les pulses d'échappement des cylindres 4 dont les conduits 8 sont regroupés selon le procédé "CURTILL" et que ces conduits 8 sont en communication avec le cylindre 4. Dans l'invention, les moyens de dérivation 20 permettent de gérer cette suralimentation (quantité d'air et phasage dans 5 le cycle moteur). REVENDICATIONS 1 û Moteur à combustion interne pour véhicule automobile, du type comprenant au moins un cylindre (4) et une culasse (2) formant ensemble une chambre de combustion délimitée par un piston (5) mobile dans le cy-lindre (4), la culasse (2) comportant au moins un conduit d'admission (6) pour acheminer des gaz d'admission vers la chambre de combustion et au moins un conduit d'échappement (8) pour évacuer des gaz d'échappement de la chambre de combustion, caractérisé en ce que la culasse (2) comprend également au moins un passage (10) adjacent au cylindre (4) et débouchant dans le cylindre (4) pour le passage des gaz de combustion et/ou d'échappement, et un moyen de dérivation (20) mobile entre une position d'admission, une position d'échappement et une position intermédiaire, le moyen de dérivation (20) reliant ledit passage (10) au seul conduit d'admission (6) lorsqu'il est dans la position d'admission, reliant ledit passage (10) au seul conduit d'échappement (8) lorsqu'il est dans la position d'échappement et reliant ledit passage (10) à chacun des conduits d'admission (6) et d'échappement (8) lorsqu'il est dans la position intermédiaire. 2 û Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de dérivation (20) obture le conduit d'échappement (8) lorsqu'il est en position d'admission et obture le conduit d'admission (6) lorsqu'il est en position d'échappement. 3 û Moteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les conduits d'admission (6) et d'échappement (8) convergent l'un vers l'autre et débouchent dans une chambre commune (22) du passage (10), la chambre commune (22) étant propre à mettre les conduits d'admission (6) et d'échappement (8) en communication l'un avec l'autre, le moyen de dérivation (20) étant monté mobile dans la chambre commune (22). 4 û Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de dérivation (20) comprend un clapet (44) monté rotatif entre la position d'admission, la position intermédiaire et la positon d'échappement. 2910540 12 5 û Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen de dérivation (20) comprend un boisseau (60) mon-té rotatif entre la position d'admission, la position intermédiaire et la position d'échappement. 5 6 û Moteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les conduits d'admission et d'échappement (6 ; 8) sont disposés l'un dans l'autre, les conduits d'admission et d'échappement (6, 8) débouchant à l'une de leurs extrémités dans ledit passage (10) 7 û Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moyen 10 de dérivation (20) obture l'extrémité du conduit d'échappement (8) lorsqu'il est en position d'admission et obture l'extrémité du conduit d'admission (6) lorsqu'il est en position d'échappement. 8 û Moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen de dérivation (20) est un clapet (70) bidirectionnel monté mobile entre la po- 15 sition d'admission, la position intermédiaire et la position d'échappement. 9 û Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes.