Brevet FR2910527A3 — publié le 20080627

FR 2910527 A3 20080627 FR 0611292 A 20061222 1 DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale les moteurs à combustion interne. Elle concerne plus particulièrement un moteur à combustion interne comportant, pour chaque cylindre, au moins deux soupapes d'échappement des gaz brûlés, une came pour chaque soupape d'échappement afin de commander la levée de ladite soupape d'échappement, chaque came étant solidaire d'un arbre de came mis en rotation au moyen d'un vilebrequin et la loi de levée de chaque soupape d'échappement étant fonction de l'angle de rotation du vilebrequin. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Dans les moteurs du type précité, les gaz d'échappement sont évacués de la chambre de combustion par la levée des soupapes d'échappement de chaque cylindre et sont récupérés par un collecteur d'échappement raccordé à chaque soupape d'échappement par des conduits d'échappement. Les gaz d'échappement récupérés par le collecteur d'échappement débouchent ensuite dans un volume de jonction qui relie le collecteur d'échappement à une ligne d'échappement, ou à un turbocompresseur. Il a été observé que, dans de tels moteurs, les flux de gaz d'échappement, qui débouchent ainsi dans le volume de jonction, interfèrent entre eux. Il résulte de ces inférences un phénomène de contre-pression qui limite la vidange des cylindres. Le remplissage en air frais lors de l'étape d'admission de chacun de ces cylindres est alors réduit, ce qui pénalise les performances du moteur. En outre, la réduction de l'efficacité de la vidange du cylindre fait qu'il reste une quantité importante de gaz brûlés résiduels dans ce cylindre après l'étape d'échappement, ce qui dégrade la stabilité de la combustion et risque de générer un phénomène de cliquetis qui se traduit par des explosions dans le cylindre qui peuvent endommager le piston. Pour résoudre ces problèmes, il est connu de placer une paroi de séparation dans le volume de jonction pour isoler les flux de gaz d'échappement des cylindres qui sont susceptibles d'interférer entre eux. Cependant, une telle solution nécessite l'ajout d'une pièce supplémentaire qui doit être adaptée à l'agencement spécifique des conduits d'échappement. La réalisation du moteur est alors plus compliquée et plus coûteuse. 2910527 2 OBJET DE L'INVENTION Afin de remédier aux inconvénients précités de l'état de la technique, la présente invention propose un nouveau moteur à combustion interne pour lequel la vidange des cylindres est améliorée et pour lequel le nombre de pièces est 5 réduit. À cet effet, l'invention propose un moteur à combustion interne comportant : - pour chaque cylindre, au moins deux soupapes d'échappement des gaz brûlés, 10 -une came pour chaque soupape d'échappement afin de commander la levée de ladite soupape d'échappement, chaque came étant solidaire d'un arbre de came mis en rotation au moyen d'un vilebrequin et la loi de levée de chaque soupape d'échappement étant fonction de l'angle de rotation du vilebrequin, dans lequel les deux cames sont conçues de telle manière que les lois 15 de levée des deux soupapes d'échappement sont différentes. Pour un même cylindre, les flux de gaz d'échappement sont rejetés via les deux soupapes d'échappement dans le collecteur d'échappement avec un certain décalage par rapport à l'angle de rotation du vilebrequin. Les flux de gaz d'échappement issus des deux soupapes d'échappement de ce cylindre génèrent 20 alors des ondes de pression de forme ou de phase différentes. L'amplitude de l'onde résultant de la combinaison de ces ondes de pression est alors limitée, ce qui réduit le risque de remontée de l'onde de pression résultante dans les cylindres. En conséquence la vidange des cylindres est améliorée, ce qui permet d'admettre un volume d'air frais plus important dans la chambre de combustion et 25 ainsi d'augmenter les performances du moteur. En outre, le volume de gaz brûlés résiduels dans le moteur est réduit, ce qui limite le risque d'apparition du phénomène de cliquetis qui se traduit par des explosions dans le cylindre. Le réglage de l'avance à l'allumage du moteur peut alors être réalisé plus précisément pour améliorer le rendement et les 30 performances du moteur. Enfin l'arbre à cames utilisé dans ce moteur conserve une architecture simple et peu coûteuse et il n'est pas nécessaire d'introduire de pièce supplémentaire, contrairement au moteur de l'état de la technique qui comporte 2910527 3 une plaque de séparation des flux de gaz d'échappement issus des différents cylindres. Selon une première caractéristique avantageuse de l'invention, les deux cames présentent des géométries différentes l'une de l'autre. 5 Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, pour un même angle de rotation du vilebrequin, les deux cames présentent deux orientations angulaires différentes l'une de l'autre par rapport à l'axe de la soupape d'échappement associée. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les courbes 10 formées par les lois de levée des deux soupapes d'échappement présentent deux largeurs différentes l'une de l'autre, pour une hauteur de levée non nulle donnée. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, une des deux courbes formée par la loi de levée d'une des soupapes d'échappement est enveloppée par l'autre courbe formée par la loi de levée de l'autre soupape 15 d'échappement. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les courbes formées par les lois de levée des deux soupapes d'échappement sont déphasées l'une par rapport à l'autre. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, l'angle de 20 vilebrequin pour lequel débute la levée d'une des soupapes d'échappement est différent de l'angle de vilebrequin pour lequel débute la levée de l'autre soupape d'échappement. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, l'angle de vilebrequin pour lequel s'achève la levée d'une des soupapes d'échappement est 25 différent de l'angle de vilebrequin pour lequel s'achève la levée de l'autre soupapes d'échappement. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, il est prévu un turbocompresseur. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION 30 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. Dans les dessins annexés : 2910527 4 la figure 1 est une vue schématique de dessus d'un moteur à quatre cylindres selon l'invention ; - la figure 2 est un graphique donnant les lois de levée des soupapes d'échappement d'un cylindre du moteur de la figure 1 selon un premier mode 5 de la réalisation de l'invention ; - la figure 3 est un graphique donnant les lois de levée des soupapes d'échappement dudit cylindre du moteur de la figure 1 selon un deuxième mode de la réalisation de l'invention ; la figure 4 est une vue d'une première came associée à une première soupape 10 d'échappement dudit cylindre de la figure 1 ; la figure 5 est une vue d'une deuxième came associée à une deuxième soupape d'échappement dudit cylindre de la figure 1. Sur la figure 1, on a représenté un bloc-cylindres 5 d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile qui comporte quatre cylindres 1, 2, 3, 15 4. Le premier cylindre 1 comporte deux soupapes d'admission 11, 12 d'air frais ainsi que deux soupapes d'échappement 13, 14 des gaz brûlés. Chacun des trois autres cylindres 2, 3, 4 comporte également deux soupapes d'admission d'air frais ainsi que deux soupapes d'échappement des gaz 20 brûlés (non référencées sur la figure 1). Chaque soupape d'échappement est reliée à un collecteur (non représenté) d'échappement par un conduit d'échappement. Le collecteur d'échappement est relié à une ligne d'échappement via un volume de jonction dans lequel débouche les gaz d'échappement issus de chaque cylindre. 25 Comme représenté sur les figures 4 et 5, le moteur comporte également un arbre à cames 20 portant des excentriques appelées cames 21, 22. Les cames 21, 22 sont solidaires de cet arbre à cames 20, c'est-à-dire fixes par rapport à cet arbre à cames 20. II n'est prévu aucune articulation de la came 21, 22 par rapport à l'arbre à cames 20. Cet arbre à cames 20 est mis en rotation atour de son axe 30 Al au moyen d'un vilebrequin (non représenté). La soupape d'échappement 13 du premier cylindre 1 est associée à la came 21 (figure 4) et la soupape d'échappement 14 de ce même cylindre 1 est, quant à elle, associée à la came 22 (figure 5). 2910527 5 Comme représentés sur les figures 2 et 3, la loi de levée de chaque soupape d'échappement 13, 14 est fonction de l'angle de rotation ALPHA du vilebrequin. La soupape d'échappement 13, 14 de type connu, comprend, à l'une de 5 ses extrémités, un pied de soupape 23, 24 adapté à réguler la sortie des gaz d'échappement de la chambre de combustion du moteur. Elle comprend par ailleurs à l'autre de ses extrémités, un poussoir mécanique 130, 140. Le poussoir mécanique 130, 140 présente une face supérieure plane sur laquelle la came 21, 22 correspondante de l'arbre à cames 10 appuie pour engendrer un déplacement 10 rectiligne alternatif de la soupape 13, 14 correspondante. Les cames 20, 21 présentent une section ovoïdale qui décrit un nez de came et un dos de came adaptés à appuyer successivement et continûment sur le poussoir mécanique 130, 140 de la soupape 13, 14 correspondantes. Comme expliqué ci-après, la géométrie de la came définit la forme de la loi de levée de la 15 soupape associée. De même, l'orientation angulaire de la came par rapport à l'axe de la soupape pour un angle de rotation du vilebrequin donné définit la position de cette courbe le long de l'axe gradué selon l'angle de rotation de vilebrequin. Avantageusement, selon l'invention, les deux cames 21, 22 sont conçues de telle manière que les lois de levée des deux soupapes d'échappement 13, 14 20 sont différentes. Les flux de gaz d'échappement libérés par les deux soupapes d'échappement 13, 14 du cylindre 1 génèrent alors des ondes de pression différentes. L'amplitude de l'onde résultant de la combinaison de ces ondes de pression est alors limitée, ce qui réduit le risque de remontée de cette onde de pression résultante dans les cylindres. La vidange des cylindres est donc 25 améliorée. Pour obtenir des lois de levée différentes pour les soupapes d'échappement 13, 14, les cames 21, 22 de l'arbre à cames 20 sont conçues différemment l'une de l'autre. Dans les modes de réalisation décrits ci-dessous le moteur fonctionne à 30 bas régime à 1500 tours/minutes. En variante, on peut prévoir que le moteur fonctionne entre 1000 et 2000 tours/minutes. Selon un premier mode de réalisation représenté sur la figure 2, les cames 21, 22 sont conçues de telle sorte que les soupapes d'échappement 13, 14 obéissent à des lois de levée C230, C240 dont les courbes sont déphasées l'une 2910527 6 par rapport à l'autre. C'est-àdire que les débuts des lois de levée C230, C240 des deux soupapes d'échappement ainsi que les fins de leur levée sont décalées le long de l'axe gradué en fonction de l'angle de vilebrequin. La forme et la taille des courbes de lois de levée C230, C240 restent les mêmes. Ainsi, pour une hauteur 5 de levée non nulle donnée, les deux courbes de lois de levée présentent une même largeur. Pour obtenir ces lois de levée C230, C240 différentes, les cames de l'arbre à cames sont conçues de la manière suivante. Comme représenté sur les figures 4 et 5, pour un même angle de rotation du vilebrequin, les cames 21, 22 10 sont agencées sur l'arbre à cames de telle sorte qu'elles présentent des orientations angulaires ALPHA1, ALPHA2 différentes les unes des autres par rapport à l'axe A13, A14 de la soupape d'échappement 13, 14 associée. L'angle ALPHA1, ALPHA2 est l'angle formé entre l'axe A13, A14 de la soupape d'échappement 13, 14 et l'axe de symétrie de la came 21, 22. Ici, les cames sont 15 conçues de telle sorte que le déphasage entre les deux courbes des lois de levées C230, C240 soit compris entre 10 et 30 degrés vilebrequin. Dans ce mode de réalisation représenté sur les figures 2, 4 et 5, les deux cames sont également conçues avec la même géométrie, c'est-à-dire la même forme et la même taille. Selon un deuxième mode de réalisation représenté sur la figure 3, les 20 cames 21, 22 sont conçues de telle sorte que les soupapes d'échappement 13, 14 obéissent à des lois de levée C130, C140 dont les courbes présentent des largeurs différentes les unes des autres, pour une hauteur LEV de levée non nulle donnée. La largeur de la courbe pour une hauteur de levée donnée est appelée étalement. Ici, les cames sont conçues de telle sorte que pour une hauteur de 25 levée de 7 mm, l'écart d'étalement des deux courbes des lois de levées C130, C140 soit compris entre 10 et 30 degrés vilebrequin. On remarque également que l'amplitude de la courbe C140 est plus faible que celle de la courbe C130. Ici, les angles de vilebrequin pour lesquels débute et s'achève la levée de la soupape d'échappement sont les mêmes pour les deux soupapes 30 d'échappement 13, 14, mais les vitesses d'ouverture et de fermeture sont différentes pour chaque soupape d'échappement 13, 14. En variante, on peut prévoir que les angles de vilebrequin pour lesquels s'ouvrent et se ferment les deux soupapes d'échappement diffèrent d'une soupape à l'autre. 2910527 7 Pour obtenir les lois de levée C130, C140, les cames de l'arbre à cames sont conçues avec des géométries différentes l'une de l'autre. Les deux cames présentent alors une forme et/ou une taille différente l'une de l'autre. On peut également prévoir que la différence de géométrie prévue selon 5 ce deuxième mode de réalisation soit combinée avec une différence d'orientation angulaire des cames comme décrit ci-dessus dans le premier mode de réalisation. La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. 10 On peut prévoir que le moteur soit équipé d'un turbocompresseur pour augmenter les performances du moteur. On peut également prévoir que chacun des autres cylindres 2, 3 et 4 du bloc-cylindres 5 comporte des cames telles que décrites ci-dessus qui coopèrent avec leurs soupapes d'échappement respectives de manière que leurs lois de 15 levée soient différentes, ou que chacun de ces autres cylindres reste classique avec des soupapes d'échappement dont les lois de levée sont identiques. On peut également prévoir que l'arbre à cames soit constitué de plusieurs portions distinctes sur chacune desquelles est fixée une came. On peut enfin prévoir que le moteur comporte plusieurs rangées de 20 cylindre, par exemple un moteur du type V8, pour lequel les soupapes d'échappement de chaque rangée de cylindres sont commandées par des cames telles que décrites ci-dessus. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne comportant : - pour chaque cylindre (1), au moins deux soupapes d'échappement (13, 14) des gaz brûlés, -une came (21, 22) pour chaque soupape d'échappement (13, 14) afin de commander la levée de ladite soupape d'échappement (13, 14), chaque came (21, 22) étant solidaire d'un arbre de came (20) mis en rotation au moyen d'un vilebrequin et la loi de levée (C230, C240 ; C130, C140) de chaque soupape d'échappement (13, 14) étant fonction de l'angle de rotation (ALPHA) du vilebrequin, caractérisé en ce que les deux cames (21, 22) sont conçues de telle manière que les lois de levée (C230, C240 ; C130, C140) des deux soupapes d'échappement (13, 14) sont différentes. 2. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les deux cames (21, 22) présentent des géométries différentes l'une de l'autre. 3. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour un même angle de rotation du vilebrequin, les deux cames (21, 22) présentent deux orientations angulaires (ALPHA1, ALPHA2) différentes l'une de l'autre par rapport à l'axe (A13, A14) de la soupape d'échappement (13, 14) associée. 4. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les courbes formées par les lois de levée (C130, C140) des deux soupapes d'échappement (13, 14) présentent deux largeurs différentes l'une de l'autre, pour une hauteur (LEV) de levée non nulle donnée. 5. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'une des deux courbes formée par la loi de levée (C140) d'une des soupapes d'échappement est enveloppée par l'autre courbe formée par la loi de levée (C130) de l'autre soupape d'échappement. 6. Moteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les 30 courbes formées par les lois de levée (C230, C240) des deux soupapes d'échappement (13, 14) sont déphasées l'une par rapport à l'autre. 7. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'angle de vilebrequin pour lequel débute la levée d'une des soupapes 2910527 9 d'échappement (13) est différent de l'angle de vilebrequin pour lequel débute la levée de l'autre soupape d'échappement (14). 8. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'angle de vilebrequin pour lequel s'achève la levée d'une des soupapes 5 d'échappement (13) est différent de l'angle de vilebrequin pour lequel s'achève la levée de l'autre soupapes d'échappement (14). 9. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un turbocompresseur.