Brevet FR2929653A1 — publié le 20091009

Culasse de moteur à combustion interne pour véhicule automobile. L'invention se rapporte à une culasse de moteur à combustion interne d'un véhicule, du type comprenant un conduit d'échappement ménagé dans la culasse, le conduit étant délimité par une paroi dans laquelle circule un fluide de refroidissement. L'utilisation d'un ou plusieurs conduits d'échappement dans la culasse d'un moteur à combustion interne, est classique. II est connu que pour augmenter la puissance d'un moteur et par conséquent le couple moteur engendré dans la chambre de combustion, il est possible d'augmenter la quantité de carburant injecté, mais qu'il en résulte ainsi une augmentation de la température des gaz d'échappement. II est connu également que la tenue thermique de ligne d'échappement des moteurs Diesel et en particulier de la turbine du turbocompresseur placé en aval du moteur constitue une limitation à la température des gaz d'échappement. Ainsi, pour pouvoir augmenter la puissance du moteur, donc la quantité de carburant injecté, une solution consiste à améliorer le refroidissement des gaz d'échappement par la circulation d'eau dans la culasse du moteur. Une section circulaire du conduit d'échappement de rayon 2 est ac- tuellement utilisée. Cette section permet de respecter selon une première exigence un gabarit d'implantation du conduit d'échappement dans la culasse défini transversalement par un rectangle de largeur a et de longueur b. Cette forme permet également, par sa section d'échappement égale à z 4 , de respecter selon une deuxième exigence une valeur de flux d'échappement de gaz fixé par le dimensionnement d'autres éléments du moteur. Ces deux exigences tiennent au fait que la conception d'une culasse de moteur est complexe, la culasse étant une pièce de fonderie multiforme avec de nombreuses cavités dont dépendent les performances mécaniques et thermiques du moteur, et au fait que l'on cherche à ne pas modifier la conception des autres parties de la culasse ainsi que celles des autres parties extérieures, par exemple le turbocompresseur. Le problème technique est d'améliorer l'efficacité de transfert thermique du conduit d'échappement. A cette fin, l'invention a pour objet une culasse de moteur à combustion in-terne, du type comprenant un conduit d'échappement ménagé dans la culasse, le conduit étant délimité par une paroi dans laquelle circule un fluide de refroidisse-ment, caractérisé en ce que le contour de la section transversale dudit conduit comporte des ondulations. Suivant des modes particuliers de réalisation, la culasse comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le contour de la section transversale est inscrit dans un rectangle géomé- trique défini par deux côtés de longueurs a et b, - le périmètre du contour transversal est supérieur au périmètre du cercle de rayon 2 ; et - l'aire délimitée par le contour transversal est sensiblement égale à l'aire du cercle de rayon 2 . - a est inférieur à b ; - la surface d'échange thermique délimité par ledit contour est dépourvue d'arêtes vives ; - le long d'une partie au moins de la longueur dudit conduit, ledit contour est constant et comporte des ondulations ayant des lignes de crêtes et de creux longitudinales ; - le nombre d'ondulations est compris entre 3 et 25 ; et - ledit contour présente un axe de division qui le divise en deux parties de sorte que l'angle de dépouille formé par la tangente prise en un point quel- conque du contour transversal et la perpendiculaire à l'axe de division, est supé- rieur à 2 degrés. L'invention a également pour objet un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur à combustion interne muni d'une culasse tel que décrit ci-dessus. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une culasse de moteur à combustion interne, comprenant les étapes suivantes : - réaliser par moulage un noyau en sable dont la forme extérieure correspond à la forme intérieure du conduit d'échappement ; - positionner ce noyau dans un moule de fonderie ; et - mouler la culasse dans ce moule, caractérisé en ce que le conduit d'échappement défini ci-dessus est tel que ledit contour présente un axe de division qui le divise en deux parties de sorte que l'angle de dépouille formé par la tangente prise en un point quelconque du contour transversal et la perpendiculaire à l'axe de division, est supérieur à 2 de-grés. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'une forme de réalisation qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels : - la Figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une culasse de moteur à combustion interne selon l'invention ; - la Figure 2 est une vue en coupe transversale selon la ligne II-II de la culasse représentée à la figure 1 ; - la Figure 3 est une vue en coupe transversale d'un moule de noyau avec un noyau coulé à l'intérieur dont la forme correspond à celle du conduit d'échappement de la culasse décrite aux Figures 1 et 2. Comme illustré sur la Figure 1, une bride terminale 2 d'un collecteur d'échappement en aluminium 3, est raccordée par des vis non représentées à une culasse 4 de moteur à combustion, par exemple de type Diesel. La culasse 4 représentée partiellement délimite en la fermant une chambre de combustion, non représentée et correspondant à un cylindre de moteur. La culasse 4 est classiquement une pièce de fonderie monobloc comprenant un bloc massif 6 muni d'un certain nombre de conduits, parmi lesquels des conduits d'échappement 8 et des conduits de circulation d'eau 10. Sur la figure 1, un seul conduit d'échappement de gaz 8, vu en coupe selon une direction longitudinale contenu dans le plan de la figure 1, et quatre conduits de circulation d'eau 10 transversaux par rapport au plan de la figure 1, sont représentés. Les conduits 10 sont prévus dans la paroi 11 de la culasse qui délimite le conduit 8. Les quatre conduits de circulation d'eau 10 sont raccordés à un circuit de refroidissement par eau non représenté, tandis que le conduit d'échappement 8 débouche dans la chambre de combustion d'un cylindre non représenté, situé vers la gauche sur la figure 1. Le conduit d'échappement 8 a, dans sa partie terminale de sortie, la forme géométrique d'un cylindre droit, délimité latéralement par le bloc 6 formant paroi latérale, dont l'axe est orthogonal à une paroi extérieure 5 de la culasse 4, la paroi extérieure 5 étant opposée à la chambre de combustion. Le conduit d'échappement 8 comprend, dans sa partie terminale, une sur- face latérale longitudinale 12 dont la section transversale est inscrite dans un rectangle de largeur a et de longueur b, avec a La surface intérieure 12 du conduit d'échappement 8 de la culasse 4 pré-sente un contour 22 de la section transversale inscrit dans le rectangle de largeur a et de longueur b. Le contour 22 de la section transversale du conduit d'échappement 8 pré-sente une forme douce, ne comportant pas sur sa périphérie d'arêtes vives comme des ailettes en croix. Le contour 22 de la section transversale est formé de telle sorte que l'aire de la section intérieure du contour 22 est sensiblement égale à n.a2/4. Le contour de la section transversale 22 comporte des ondulations 26, ici au nombre de quatre. Une ondulation 26 est un motif d'une courbe se rapprochant d'une sinu- soïde, avec une crête 28 et un creux 30. La forme ondulée du contour 22 est également telle que la longueur du contour 22 est supérieure au périmètre d'un cercle de rayon 2 , soit na. Cette forme ondulée est située partiellement à l'extérieur du cercle C de rayon 2 cen- trée au point 14, et partiellement à l'intérieur de ce cercle. La forme du contour 22 du conduit d'échappement 8 ainsi déterminée per-met de réaliser un conduit 8 qui permet à la fois de respecter les exigences sui-vantes : Le flux de gaz d'échappement chauds traversant le conduit 8 est maintenu identique à celui de la conception associée à un contour circulaire de rayon 2 , avec une vitesse d'échappement des gaz identique, Le contour 22 de la section transversale reste inscrit dans un gabarit géométrique de la forme d'un rectangle géométrique de longueurs a et b avec a Le conduit 8 est ici composé de deux parties symétriques par rapport à un plan de symétrie contenant l'axe 14 et parallèle à la direction de la longueur b de la section rectangulaire, ce qui se traduit par un axe de division 35 séparant de manière symétrique le contour 22 en deux parties 32 et 34. La forme est telle qu'en un point quelconque du contour 22, l'angle formé par la tangente 37 en ce point et un vecteur de séparation 36 de direction perpendiculaire à et orienté en s'éloignant de l'axe 35 est supérieur à 2°. L'angle est ici représenté pour un point 38 présentant la valeur de la plus faible. Pratiquement, l'angle de 2° est l'angle de dépouille du conduit 8 pour un moule de fonderie. La figure 3 représente, vu en coupe, un moule 40 de noyau 42 en sable correspondant au conduit 8 de la culasse 4, le noyau 42 étant déjà injecté dans le moule. Classiquement, ce noyau est destiné à être positionné dans un moule de fonderie pour le moulage de la culasse. Le moule 40 se divise en deux parties 44 et 46 qui, assemblées, contiennent en creux la forme du noyau 42 ayant une forme transversale identique à la forme transversale du conduit 8. Avec la forme de noyau représentée sur la figure 3, qui correspond à la forme du conduit 8 décrite sur les figures 1 et 2 et qui prend en compte le respect d'un angle de dépouille minimal de 2°, il est possible de séparer les deux parties 44 et 46 selon le sens vertical de la figure 3 et dégager ainsi le noyau 42 de sable. Ainsi, les exigences de conception d'un procédé de fonderie économique sont respectées pour la fabrication du noyau 42. En variante, le conduit 2 est dans sa partie terminale, un cylindre géométrique longitudinalement oblique. Dans l'exemple décrit ci-dessus, la section transversale du conduit 8 pré- sente une double symétrie, par rapport à l'axe de division 35 et par rapport à un axe de division orthogonal médian 39. En variante, l'une de ces symétries, ou les deux, peut être absente. REVENDICATIONS1. Culasse de moteur à combustion interne, du type comprenant un conduit d'échappement (8) ménagé dans la culasse (4), le conduit (8) étant délimité par une paroi (11) dans laquelle circule un fluide de refroidissement, caractérisé en ce que le contour (22) de la section transversale dudit conduit comporte des ondulations (26). 2. Culasse de moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que : le contour (22) de la section transversale est inscrit dans un rectangle géométrique défini par deux côtés de longueurs a et b, le périmètre du contour transversal (22) est supérieur au périmètre du cer- cle de rayon 2 ; et l'aire délimitée par le contour transversal (22) est sensiblement égale à l'aire du cercle de rayon 2 . 3. Culasse de moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que a est inférieur à b. 4. Culasse de moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la surface d'échange thermique (12) délimité par ledit contour (22) est dépourvue d'arêtes vives. 5. Culasse de moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, ca- ractérisé en ce que, le long d'une partie au moins de la longueur dudit conduit, ledit contour (22) est constant et comporte des ondulations (26) ayant des lignes de crêtes (28) et de creux (30) longitudinales. 6. Culasse de moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le nombre d'ondulations (26) est compris entre 3 et 25. 7. Culasse de moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit contour (22) présente un axe de division (35) qui le divise en deux parties de sorte que l'angle de dépouille a formé par la tangente prise en un point quelconque du contour transversal (22) et la perpendiculaire (36) à l'axe de division (35), est supérieur à 2 degrés. 8. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur à combustion interne muni d'une culasse (4) suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7. 9. Procédé de fabrication d'une culasse de moteur à combustion interne se- Ion la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - réaliser par moulage un noyau en sable (42) dont la forme extérieure cor- respond à la forme intérieure du conduit d'échappement (8) ; - positionner ce noyau (42) dans un moule de fonderie ; et - mouler la culasse dans ce moule.10