Brevet FR2928419A3 — publié le 20090911

FR 2928419 A3 20090911 FR 0851499 A 20080307 - 1 - CONDUIT D'ECHAPPEMENT A PERMEABILITE ELEVEE, CULASSE DE MOTEUR ET MOTEUR PRESENTANT UN TEL CONDUIT La présente proposition d'invention se situe dans le domaine des moteurs à combustion interne, à essence ou Diesel, munis d'au moins un conduit d'échappement par cylindre. Plus précisément, elle concerne un conduit d'échappement des gaz brûlés d'un moteur à combustion interne à partir d'un orifice d'échappement dans la face feu de la culasse pouvant être obturé par une soupape d'échappement, qui forme un coude de départ suivi d'un secteur incliné par rapport à la face feu, et qui est traversé par le guide de la tige de la soupape, en sortie de ce coude. Un tel conduit présente donc une forme coudée, qui lui permet de déboucher le plus souvent, sur une face perpendiculaire à la face de raccord entre la culasse et le carter cylindre. L'invention a également pour objet une culasse et un moteur à combustion interne. L'optimisation de la phase de vidange des gaz chauds présents dans le cylindre, en phase de vidange, ou phase d'échappement, vise à améliorer les performances globales d'un moteur à combustion interne. Cette voie d'amélioration porte notamment sur le débit, ou perméabilité des conduits d'échappement en phase d'échappement, de manière à minimiser l'énergie qui doit être fournie au gaz pour vidanger le cylindre. La présence d'un coude dans le conduit, en sortie du cylindre, qui est nécessaire pour changer l'orientation du conduit, après son départ du toit de - 2 - la face feu de la culasse, est illustrée notamment par la publication FR 2 851 785. Le coude perturbe cependant la vidange du cylindre, car il fait décoller le flux des gaz de la paroi inférieure du cylindre, réduisant ainsi la section réelle de passage de gaz, et entraînant des pertes de charge, dans l'écoulement des gaz à ce niveau. La présente invention vise à améliorer la perméabilité d'un conduit échappement indépendamment de la forme de la soupape, de la forme du siège de soupape, ou de l'évolution des sections suivant la fibre neutre du conduit. Dans ce but, elle propose que le secteur coudé du conduit présente sur sa face supérieure un aplatissement propre à limiter le décollement des gaz à partir de sa paroi inférieure. Selon une mode de réalisation particulier de l'invention, l'aplatissement est situé en amont du guide de soupape, dans le sens de circulation des gaz brûlés. Cette disposition peut se retrouver sur un seul, ou sur deux conduits d'échappement par cylindre. Par ailleurs, elle est obtenue lors de la coulée de la culasse, grâce à l'intégration de l'aplatissement, au noyau de sable du conduit. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une coupe longitudinale de conduit d'échappement illustrant l'état de la technique, et - la figure 2 est une coupe analogue à la première, illustrant l'invention. Le conduit d'échappement 1 représenté sur la figure 1 permet l'échappement des gaz brûlés d'un moteur à combustion interne à partir d'un orifice d'échappement 2, dans la face feu 3 de la culasse 4. Le conduit 1 présente au départ un coude 11, dans la chapelle du conduit d'échappement. Le coude 11 est suivi d'un secteur rectiligne 12. L'orifice 2 peut être obturé par une soupape d'échappement 6. Sur le schéma, la soupape 6 est représentée en situation de vidange des gaz brûlés dans le cylindre, c'est-à-dire à l'écart de son siège de soupape 7. La soupape 6 vient reposer contre son siège 7 entre les phases de vidange du cylindre, en obturant les orifices d'échappement 2. La coupe de la figure 1 montre encore la tige 8 de la soupape, et son guide 9. La tige et le guide de soupape 8, 9, traversent le conduit et en ressortent par sa partie supérieure, après le coude 11, dans le sens d'écoulement des gaz, au départ du secteur rectiligne 12, qui est incliné par rapport à la face feu 3 de la culasse 4. Le conduit 11 est traversé dans sa paroi supérieure lb, par le guide de la tige de la soupape 9, au départ du secteur rectiligne 12. La figure 1 met en évidence une zone z de fort décollement des gaz, à l'intérieur du conduit 1, à l'écart de sa paroi inférieure la. En l'absence de disposition particulière, ce décollement, qui se produit à partir de la paroi inférieure du conduit au niveau du coude 11, entraîne une réduction de la section réelle du conduit, en sortie de celui-ci. - 4 - Cette réduction se traduit par une perte de charge non négligeable dans le flux des gaz d'échappement. Grâce à son coude 11, le conduit d'échappement 1 de la figure 2 peut déboucher, comme celui de la figure 1, à l'extérieur de la culasse, sur une face perpendiculaire à la face de raccord entre la culasse et le carter cylindre. Sur cette figure, le secteur coudé 11 du conduit 1 présente cependant sur sa face supérieure, ou extrados lb, un net aplatissement, localisé en amont du guide de soupape 9 (dans le sens de circulation des gaz brûlés), dans la zone coudée, ou chapelle 11 du conduit. L'aplatissement permet de limiter le décollement des gaz à partir de sa paroi inférieure la. Conformément au schéma, il peut s'étendre, du siège de soupape 7, jusqu'au passage du guide de tige de soupape 9, dans la paroi supérieure lb du conduit. Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, l'aplatissement concerne donc 1' extrados de la chapelle , en amont du guide de soupape. Toutefois, sans sortir du cadre de l'invention, cet aplatissement peut être plus ou moins étendu, par rapport à ces limites. Cette modification de la partie supérieure de la chapelle permet d'améliorer significativement la perméabilité. La création d'un aplatissement localisé dans cette zone du conduit, génère localement une compression, qui a pour effet de limiter le décollement créé en sortie de la courbure du conduit. Le flux gazeux est ainsi plaqué à la paroi inférieure la, et exploite plus facilement la section disponible dans le conduit. Le gain de perméabilité est important à faible levée et moyenne levée, grâce à une nette - 5 -amélioration de l'aérodynamisme. Il est moindre aux fortes levées, à cause de la réduction de section de passage qu'il entraîne. Enfin, ce gain est limité, voire quasiment inexistant, sur les conduits d'échappement à très faible courbure. Enfin, il faut souligner que l'aplatissement du conduit peut être est réalisé lors de la coulée de la culasse, grâce à son intégration au noyau de sable du conduit, si bien que la forme obtenue présente l'avantage de ne nécessiter aucune opération supplémentaire, qui entraînerait obligatoirement un surcoût. En conclusion, il faut souligner que la disposition proposée peut être mise en oeuvre aussi bien sur une culasse de moteur à une, qu'à deux soupapes d'échappement, et que l'effet obtenu peut avantageusement se cumuler avec d'autres voies d'optimisation de la perméabilité du conduit, portant par exemple sur la forme des soupapes et des sièges, l'évolution des sections suivant la fibre neutre, etc. REVENDICATIONS 1. Conduit d'échappement des gaz brûlés d'un moteur à combustion interne (1) à partir d'un orifice d'échappement (2) dans la face feu (3) de la culasse (4) pouvant être obturé par une soupape d'échappement, qui forme un coude de départ suivi d'un secteur incliné par rapport à la face feu, et qui est traversé par le guide de la tige de la soupape à l'écart de l'orifice d'échappement, caractérisé en ce que le secteur coudé (11) présente sur sa face supérieure (lb) un aplatissement situé en amont de la sortie du guide de tige de soupape (9), dans le sens de circulation des gaz brûlés, de manière à limiter le décollement des gaz à partir de la paroi inférieure (la) du conduit (l) . 2. Conduit d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aplatissement s'étend du siège de soupape (7), jusqu'au passage du guide de tige de soupape (9) dans la paroi supérieure (1) du conduit (1). 3. Conduit d'échappement selon la revendicationl ou 2, caractérisé en ce que le conduit (1) débouche à l'extérieur de la culasse (4), sur une face perpendiculaire à la face de raccord entre la culasse et le carter cylindre. 4. Conduit d'échappement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'aplatissement est réalisé à la coulée de la culasse (4), grâce à son intégration au noyau de sable du conduit. 5. Culasse de moteur à combustion interne, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un- 7 - conduit d'échappement (1) conforme à l'une des revendications précédentes par cylindre. 6. Culasse de moteur à combustion interne selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte deux conduits d'échappement (1) conformes à l'une des revendications 1 à 4, par cylindre.