Brevet FR2931900A1 — publié le 20091204

DISPOSITIF DE REPARTITION DES GAZ D'ADMISSION POUR UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE [000l] L'invention concerne l'admission d'air dans un moteur à combustion interne, et en particulier les dispositifs de répartition d'air d'admission introduisant de l'air frais et de l'air provenant du circuit d'échappement dans la chambre de combustion du moteur. 10 [0002 La recirculation des gaz d'échappement permet de diminuer le niveau des oxydes d'azote émis dans les gaz d'échappement. La recirculation de gaz d'échappement consiste à introduire de l'air frais et des gaz d'échappement dans la chambre de combustion du moteur. Pour des moteurs diesels, il est courant de voir des taux de recirculation de l'ordre de 50 %, ce qui signifie que 15 la moitié des gaz aspirés par un cylindre d'un moteur à combustion interne sont des gaz d'échappement recirculés. Des normes d'émission de gaz polluants de plus en plus stricte ont conduit à la généralisation de circuits de recirculation de gaz d'échappement EGR pour les moteurs diesel. Cependant, l'utilisation de l'EGR pour les moteurs à allumage commandé est également en plein 20 développement. [000si Un moteur à combustion interne ou moteur thermique, ayant un ou plusieurs cylindres, est doté d'une culasse, formant un couvercle au-dessus du carter cylindres et des pistons. Au moins une soupape d'admission d'air et une soupape d'échappement sont montées dans la culasse pour des moteurs dits à 25 quatre temps. L'air d'admission est amené aux soupapes par l'intermédiaire d'un dispositif de répartition. Ce dispositif de répartition comprend un volume intérieur en communication avec l'air provenant de l'admission d'air moteur d'une part, et en communication avec l'échappement par l'intermédiaire d'une vanne d'autre part. Un conduit d'entrée d'air frais et un conduit d'entrée de gaz d'échappement 30 débouchent ainsi dans le volume intérieur, ou débouchent dans un raccord de mélange en amont de ce volume intérieur, le raccord débouchant lui-même dans le volume intérieur. Un ou plusieurs conduits de sortie d'air d'admission connectent le volume intérieur à une ou plusieurs tubulures d'admission5 débouchant dans des chambres de combustion au niveau des soupapes d'admission. [0004] Bien que des dispositifs de répartition en alliage d'aluminium soient connus, la plupart des dispositifs de répartition commercialisés sont formés par moulage d'un matériau thermoplastique. Pour augmenter leur résistance mécanique, le matériau thermoplastique est généralement renforcé par des fibres, telles que des fibres de verre. Ces dispositifs de répartition sont plus légers et moins coûteux que des dispositifs de répartition réalisés en alliage d'aluminium. Les dispositifs de répartition présentent généralement une paroi supérieure et une paroi inférieure entre lesquelles le volume intérieur est ménagé. Les extrémités des conduits de sortie d'air d'admission débouchent le plus souvent au niveau de la paroi inférieure du dispositif de répartition. La face extérieure de la paroi inférieure est orientée vers la culasse du moteur. La face extérieure de la paroi supérieure est généralement orientée vers le capot du compartiment moteur. [0005] De tels dispositifs de répartition présentent des inconvénients. En effet, des cas de fusion localisée des parois ont été constatés. Le fonctionnement du moteur s'en trouve alors affecté. [0006i L'invention vise à apporter une solution afin de minimiser ces risques de fusion localisée et ainsi rendre plus résistant le répartiteur d'air. L'invention porte ainsi sur un dispositif de répartition d'air d'admission pour moteur à combustion interne, comprenant une paroi, comprenant un matériau thermoplastique, délimitant un volume intérieur ; une entrée d'air frais et une entrée de gaz d'échappement débouchant dans le volume intérieur ; et un élément métallique disposé dans le volume intérieur et recouvrant une partie de la paroi, l'élément métallique étant fixé à la paroi par un élément de fixation monobloc avec la paroi. [0007] Selon une variante, l'élément de fixation est un plot bouterollé saillant de la paroi et traversant l'élément métallique. [0008] Selon encore une variante, une lame d'air est ménagée entre l'élément métallique et la paroi. 3 [0009] Selon une autre variante, la paroi présenté un bossage depuis lequel le plot est en saillie [oolo] Selon encore une autre variante, l'élément métallique a sensiblement la même forme que la paroi. [0011] Selon une variante, l'élément métallique est un feuillard. [0012] Selon une autre variante, la paroi comprend au moins deux coques solidaires en matériau thermoplastique, chaque coque présentant un élément de fixation monobloc fixant un élément métallique recouvrant une partie de cette coque. [0013] Selon encore une variante, le matériau thermoplastique est du polyamide. [0014] L'invention concerne également un moteur à combustion interne comprenant une culasse recouvrant une chambre de combustion du moteur, un circuit d'échappement raccordé à la chambre de combustion et un dispositif de répartition tel que décrit ci-dessus, comprenant un conduit raccordant son volume intérieur à la chambre de combustion, l'entrée de gaz d'échappement étant raccordée au circuit d'échappement. [0015] L'invention concerne en outre un procédé de fabrication d'un dispositif de répartition d'air d'admission pour moteur à combustion interne, comprenant une étape de fixation d'un élément métallique à une paroi en matériau thermoplastique destinée à délimiter un volume intérieur dans lequel l'élément métallique sera inclus, par l'intermédiaire d'un élément de fixation monobloc avec la paroi. [0016] Selon une variante, l'élément de fixation est un plot monobloc avec la 25 paroi, le procédé comprenant l'insertion du plot à travers un orifice de l'élément métallique et le bouterollage du plot traversant l'élément métallique. [0017] Selon encore une variante, le bouterollage du plot est réalisé par chauffage. Selon une autre variante, le bouterollage du plot est réalisé par ultrasons. [0018] Selon encore une autre variante, la paroi présente une première coque à laquelle l'élément métallique est fixé, le procédé comprenant en outre la solidarisation d'une deuxième coque à la première coque pour former la paroi délimitant le volume intérieur. [0019] Selon une variante, les première et deuxième coques sont solidarisées par soudage. [0020] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement 10 limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : • la figure 1 est une vue de dessus d'un dispositif de répartition d'air d'admission selon l'invention ; • la figure 2 est une vue de dessous du dispositif de répartition de la figure 1 15 • la figure 3 est une vue en coupe de composants du dispositif de répartition en cours de fabrication ; • la figure 4 est une vue en coupe du dispositif de répartition après l'assemblage des composants de la figure 3. 20 [0021] Un thermoplastique désigne un polymère susceptible d'être ramolli par chauffage et durci par refroidissement de manière répétée. Les polymères thermoplastiques sont transformés sans réaction chimique, contrairement aux polymères thermodurcissables. La cadence de transformation de ces polymères thermoplastiques est principalement liée à leur vitesse de refroidissement et est 25 donc beaucoup plus rapide que celle des polymères thermodurcissables. [0022] Les inventeurs ont constaté que la fusion localisée des parois d'un dispositif de répartition était due à l'accumulation de goudron sur la face intérieure de ces parois. Ce goudron comprend notamment de l'huile moteur dégradée thermiquement ainsi que d'autres déchets provenant des gaz d'échappement recirculés. Ce goudron entre en combustion spontanée dans certaines conditions de température. La combustion du goudron chauffe localement la paroi à une température supérieure à la température de fusion de son matériau thermoplastique ce qui conduit à des perforations. Du fait de la proportion croissante de gaz d'échappement dans l'air d'admission, la quantité de goudron amenée à se déposer augmente, le risque de fusion localisée de la paroi étant ainsi accru. [0023] L'invention propose un dispositif de répartition d'air d'admission 10 comprenant [0024] Les figures 1 et 2 sont respectivement des vues de dessus et de dessous d'un dispositif de répartition 1 d'air d'admission pour moteurs à combustion interne. Le dispositif de répartition 1 comprend des premier et deuxième éléments 41 et 42 formant une paroi délimitant un volume intérieur 7. Le volume 15 intérieur 7 est destiné à mélanger de l'air frais avec des gaz d'échappement, pour fournir ce mélange aux différentes chambres de combustion. L'élément inférieur 41 est destiné à être disposé en vis-à-vis de la culasse d'un moteur. L'élément supérieur 42 pourra être orienté vers un volume libre du compartiment moteur. Ces deux éléments sont en contact avec l'air situé sous le capot. Cet air 20 plus froid (température proche de 100°C) en circulant autour des pièces participe au refroidissement des éléments inférieur et supérieur 41 et 42. [0025] Le dispositif de répartition 1 comprend un conduit 31 d'entrée d'air frais débouchant dans le volume intérieur 7. Le conduit 31 met en communication le volume intérieur 7 avec un orifice 32. L'orifice 32 peut être 25 raccordé à un doseur d'air (ou à un raccord doseur / répartiteur) non illustré. Le dispositif de répartition 1 comprend un conduit 21 d'entrée de gaz d'échappement débouchant dans le volume intérieur 7. Le conduit 21 met en communication le volume intérieur 7 avec un orifice 22. L'orifice 22 est raccordé à un circuit d'échappement non illustré. De façon connue en soi, l'orifice 22 peut 30 être raccordé au circuit d'échappement par l'intermédiaire d'une vanne de régulation de la quantité de gaz d'échappement recyclée. [0026] Selon une variante non illustrée, on peut également envisager que les gaz d'échappement à recycler et l'air frais débouchent dans un raccord en amont du volume intérieur. Ce raccord présentera alors des entrées respectives pour l'air frais et les gaz d'échappement à recycler. Les gaz d'échappement et l'air frais commencent ainsi à se mélanger avant d'atteindre le volume intérieur. Les gaz d'échappement et l'air frais pénètrent alors dans le volume intérieur du dispositif de répartition 1 par une même entrée. Ce raccord pourra inclure un matériau thermoplastique et sa face intérieure pourra être recouverte d'un matériau métallique. [0027] Le dispositif de répartition 1 comprend plusieurs conduits 51 de sortie d'air d'admission débouchant dans le volume intérieur 7. Chaque conduit 51 met en communication le volume intérieur 7 avec un orifice 52. Chaque orifice 52 est destiné à être raccordé à une tubulure d'admission débouchant dans une chambre de combustion, dont l'entrée est sélectivement obturée par une soupape d'admission disposée au niveau de la culasse. [0028] La figure 3 représente en coupe différents composants du dispositif de répartition 1 durant leur assemblage. La figure 4 représente en coupe le dispositif de répartition 1 suite à l'assemblage de ces composants. [0029] L'élément supérieur 42 comprend une coque 44. La coque 44 inclut un matériau thermoplastique formant l'essentiel de son épaisseur. L'élément supérieur 42 comprend également un élément métallique 46 recouvrant la majeure partie de la face intérieure de la coque 44. Un élément de fixation 48 est formé monobloc avec la coque 44 et est en saillie depuis sa face intérieure. L'élément de fixation 48 est un plot de bouterollage traversant un orifice de l'élément métallique 46. L'élément métallique 46 forme ainsi un écran thermique de protection de la coque 44 en matériau thermoplastique. L'élément métallique 46 favorise la conductivité thermique de la chaleur dans le volume intérieur 7. Ainsi, en présence d'une combustion momentanée de goudron dans le volume intérieur 7, la chaleur dégagée sera répartie sur une grande surface de cet élément métallique 46. L'orifice de l'élément métallique 46 est en l'occurrence réalisé dans sa partie médiane. L'élément métallique 46 peut être réalisé sous forme de feuillard. La forme de l'élément métallique 46 épouse sensiblement la forme de la face intérieure de la coque 44. [0030] Avantageusement, l'élément métallique 46 et la coque 44 sont configurés de façon à former une lame d'air entre eux. Une telle lame d'air permet d'isoler thermiquement la coque 44 de l'élément métallique 46 et limite encore un risque de fusion de la coque suite à l'échauffement de l'élément métallique 46. En l'occurrence, la lame d'air est formée en plaquant l'élément métallique 46 contre un bossage 50 ménagé sur la paroi intérieure de la coque 44. Le bossage 50 permet ainsi d'écarter l'élément métallique 46 de la coque 44. Le plot 48 est en saillie depuis le bossage 50. Le bossage 50 sert ainsi de surface de fixation pour l'élément métallique 46. [0031] L'élément inférieur 41 comprend une coque 43. La coque 43 inclut un matériau thermoplastique formant l'essentiel de son épaisseur. L'élément inférieur 41 comprend également un élément métallique 45 recouvrant la majeure partie de la face intérieure de la coque 43. Un élément de fixation 47 est formé monobloc avec la coque 43 et est en saillie depuis sa face intérieure. L'élément de fixation 47 est un plot de bouterollage traversant un orifice de l'élément métallique 45. L'orifice de l'élément métallique 45 est réalisé dans sa partie médiane. L'élément métallique 45 peut être réalisé sous forme de feuillard. La forme de l'élément métallique 45 épouse sensiblement la forme de la face intérieure de la coque 43. [0032] Avantageusement, l'élément métallique 45 et la coque 43 sont configurés de façon à former une lame d'air entre eux. La lame d'air est formée en plaquant l'élément métallique 45 contre un bossage 49 ménagé sur la paroi intérieure de la coque 43. Le plot 47 est en saillie depuis le bossage 49. Le bossage 49 sert ainsi de surface de fixation pour l'élément métallique 45. [0033] Le procédé de fabrication du dispositif de répartition 1 pourra comprendre les étapes suivantes : • la fixation d'un élément métallique à une première coque par l'intermédiaire d'un élément de fixation formé monobloc avec cette coque, de sorte que l'élément métallique recouvre au moins une partie de cette coque ; • la solidarisation d'une deuxième coque à la première, de façon à former le 5 volume interne 7 incluant l'élément métallique. [0034] Comme dans l'exemple illustré, des éléments métalliques 45 et 46 pourront être fixés respectivement aux coques 43 et 44 par l'intermédiaire de plots 47, 48 monoblocs avec ces coques 43 et 44. [0035] Au préalable, les plots 47 et 48 sont insérés à travers des orifices 10 respectifs des éléments métalliques 45 et 46. Les plots 47 et 48 sont ensuite bouterollés. Le bouterollage des plots 47 et 48 pourra être réalisé par chauffage ou par l'application d'ultrasons sur l'extrémité libre des plots 47 et 48, jusqu'à ce que ceux-ci soient suffisamment déformés pour garantir la fixation des éléments métalliques 45 et 46. 15 [0036] Les coques 43 et 44 pourront être réalisées par moulage d'un même matériau thermoplastique. Les conduits 21, 31,51 pourront être formés monobloc avec les coques 43 et 44. La coque 44 comprend une face d'assemblage 53 destinée à coopérer avec une surface complémentaire de la coque 43. Cette face d'assemblage 53 est par exemple utilisée pour fixer les 20 coques 43 et 44 par soudage. [0037] Le matériau plastique utilisé pour les coques 43 et 44 pourra être du polyamide. L'épaisseur des coques 43 et 44 comprend avantageusement au moins 50 % de matériaux thermoplastiques. Le matériau thermoplastique pourra notamment être du PA6 GF35, du PA66 GF35, du PA66 GF 30, du PA46GF30 25 ou du PPAGF30. Les coques 43 et 44 sont avantageusement formées d'un matériau thermoplastique renforcé par des fibres, ce qui accroît leur résistance mécanique et leur durée de vie. Les fibres de renforcement pourront par exemple être des fibres de verre. REVENDICATIONS1. Dispositif de répartition (1) d'air d'admission pour moteur à combustion interne, comprenant une paroi (43,44) comprenant un matériau thermoplastique délimitant un volume intérieur (7) ; une entrée d'air frais (31) et une entrée de gaz d'échappement (21) débouchant dans le volume intérieur (7); caractérisée en ce qu'il comprend en outre un élément métallique (45, 46) disposé dans le volume intérieur et recouvrant une partie de la paroi, l'élément métallique étant fixé à la paroi par un élément de fixation (47, 48) monobloc avec la paroi. 2. Dispositif de répartition (1) selon la revendication 1, dans lequel l'élément de fixation est un plot bouterollé (47, 48) saillant de la paroi (43, 44) et traversant l'élément métallique. 3. Dispositif de répartition (1) selon les revendications 1 ou 2, dans lequel une lame d'air est ménagée entre l'élément métallique et la paroi. 4. Dispositif de répartition (1) selon les revendications 2 et 3, dans lequel la 20 paroi présente un bossage (49, 50) depuis lequel le plot (47, 48) est en saillie 5. Dispositif de répartition (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'élément métallique a sensiblement la même 25 forme que la paroi. 6. Dispositif de répartition (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'élément métallique est un feuillard. 30 7. Dispositif de répartition (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la paroi comprend au moins deux coques solidaires en matériau thermoplastique, chaque coque présentant un élément de fixation monobloc fixant un élément métallique recouvrant une partie de cette coque. 35 8. Dispositif de répartition (1) selon la revendication 7, dans lequel le matériau thermoplastique est du polyamide. 9. Moteur à combustion interne comprenant : une culasse recouvrant une 40 chambre de combustion du moteur ; un circuit d'échappement raccordé à la15chambre de combustion ; et un dispositif de répartition selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un conduit raccordant son volume intérieur à la chambre de combustion, l'entrée de gaz d'échappement étant raccordée au circuit d'échappement. 10. Procédé de fabrication d'un dispositif de répartition d'air d'admission pour moteur à combustion interne, comprenant une étape de fixation d'un élément métallique à une paroi en matériau thermoplastique destinée à délimiter un volume intérieur dans lequel l'élément métallique sera inclus, par l'intermédiaire d'un élément de fixation monobloc avec la paroi. 11. Procédé de fabrication selon la revendication 10, dans lequel l'élément de fixation est un plot monobloc avec la paroi, le procédé comprenant l'insertion du plot à travers un orifice de l'élément métallique et le bouterollage du plot traversant l'élément métallique. 12. Procédé de fabrication selon la revendication 11, dans lequel le bouterollage du plot est réalisé par chauffage. 13. Procédé de fabrication selon la revendication 11, dans lequel le bouterollage du plot est réalisé par ultrasons. 14. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, dans lequel la paroi présente une première coque à laquelle l'élément métallique est fixé, le procédé comprenant en outre la solidarisation d'une deuxième coque à la première coque pour former la paroi délimitant le volume intérieur. 15. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 10 à14, 30 dans lequel les première et deuxième coques sont solidarisées par soudage.