Brevet FR2923857A1 — publié le 20090522

Culasse d'un moteur à combustion interne. La présente invention concerne le domaine des moteurs à combustion interne des véhicules automobiles, plus particulièrement une culasse d'un moteur à combustion interne destinée à accroître la perméabilité échappement. Pour réduire les émissions de polluants issus de la phase de combustion du cycle de fonctionnement d'un moteur à combustion interne, il est nécessaire d'optimiser les phases de remplissage et de vidange des cylindres du moteur. io En effet, une part de l'énergie fournie par la combustion du moteur est destinée à remplir d'air le cylindre du moteur et à évacuer les gaz résiduels de la combustion vers la ligne d'échappement. II est donc important de réduire cette part d'énergie pour diminuer la consommation de carburant et par ce fait, l'émission de polluants et notamment, de monoxyde de carbone 15 (CO). Pour réduire cette part d'énergie, il est connu de faciliter la vidange des gaz brûlés issus de la combustion. La vidange des gaz brûlés comprend une première phase de vidange naturelle des gaz brûlés vers la ligne d'échappement du moteur, cette vidange naturelle étant due à la surpression 20 importante dans la chambre de combustion du cylindre du moteur au moment de l'ouverture de la soupape d'échappement, et une deuxième phase de vidange naturelle des gaz brûlés résiduels vers la ligne d'échappement du moteur grâce à la remontée du piston. D'une part, la première phase de vidange naturelle des gaz brûlés 25 vers la ligne d'échappement pose problème. En effet, les gaz brûlés sont très chauds et la différence de pression entre la chambre de combustion et le collecteur d'échappement du moteur est très élevée. Or, au moment de l'ouverture de la soupape d'échappement, la section de passage entre la soupape d'échappement et la paroi du cylindre est très faible, la vitesse 30 d'échappement des gaz brûlés devient tellement importante que l'écoulement est sonique. Pour une faible levée de soupape, il se crée un blocage sonique limitant le débit. D'autre part, la deuxième phase de vidange naturelle des gaz brûlés résiduels pose également problème. En effet, pour faciliter la vidange naturelle des gaz brûlés résiduels vers la ligne d'échappement du moteur lors de la remontée du piston, il est nécessaire de présenter à l'écoulement une importante section de passage entre la soupape d'échappement, notamment la tête de la soupape d'échappement, et la paroi du cylindre afin d'offrir à l'écoulement le moins de résistance possible. io Actuellement, chaque cylindre d'un moteur est alimenté en gaz ou air frais par au moins un conduit d'admission. Au moins un conduit d'échappement permet d'évacuer les gaz issus de la combustion se produisant dans chaque cylindre du moteur vers une ligne d'échappement. La culasse est la partie supérieure du moteur destinée à fermer le haut des is cylindres et comprend, entre autres, les conduits d'admission et d'échappement. La fermeture des conduits d'admission et d'échappement est assurée respectivement pas des soupapes d'admission et d'échappement qui viennent chacune se refermer sur un siège. Le siège est une pièce circulaire qui vient s'insérer dans un logement usiné dans la 20 culasse, au niveau des conduits d'admission et d'échappement, au moment de la fabrication de la culasse. Pour faciliter cette insertion, l'entrée du logement est biseautée ou chanfreinée. Or, le diamètre de la tête de la soupape est dimensionné pour satisfaire les critères de tenue thermique. Sa taille est donc imposée par des soucis de fiabilité. En outre, le diamètre et 25 l'angle du cône formant l'usinage d'insertion de siège, encore appelé chanfrein de dégagement de soupape, sont limités par la proximité du cylindre, c'est-à-dire, que le diamètre ou l'angle du cône risque de dépasser le cercle formé par l'alésage du moteur, ce qui est inacceptable. Dans cette situation, il est connu de réaliser un premier usinage 30 conique puis un second usinage cylindrique de façon à obtenir un chanfrein à deux pentes et ainsi faciliter l'insertion du siège dans le logement prévu sur la culasse. Le document DE 195 40 398 propose une culasse pour les moteurs à combustion interne, en particulier pour les moteurs de type diesel avec injection directe de carburant, avec deux soupapes d'admission et deux soupapes d'échappement pour chaque cylindre du moteur, comportant un axe transversal sur l'un des côtés duquel sont agencées les soupapes d'admission et sur l'autre côté duquel sont agencées les soupapes d'échappement et comportant un dispositif pour générer un écoulement rotationnel autour de l'axe longitudinal du cylindre associé. Le siège de la soupape d'admission antérieure vu dans le sens de rotation est pourvu d'un io premier chanfrein excentrique en forme de croissant qui s'étend sur un angle d'arc vers l'axe transversal de telle sorte qu'il soit dirigé par sa largeur maximale vers la soupape d'échappement voisine. L'autre soupape d'admission, au niveau de son siège de soupape, est pourvue d'un second chanfrein excentrique, plus petit que le premier chanfrein, et d'un 1s recouvrement de siège agencé sur la région de son siège de soupape voisine de l'axe transversal. Les soupapes d'échappement sont pourvues chacune d'un chanfrein excentrique, identiques quant à leur taille et à leur direction, tourné vers la soupape d'admission voisine et s'étendant de préférence sur un angle d'arc. 20 Mais lorsque la soupape s'ouvre, la tête de la soupape est proche de la paroi du cylindre pendant les premiers millimètres de levée de soupape. La perméabilité est donc très limitée pendant les premiers et derniers temps de l'ouverture de la soupape. La présente invention a pour but de pallier un ou plusieurs 25 inconvénients de l'art antérieur et propose une culasse d'un moteur à combustion interne destinée à améliorer la perméabilité échappement tout en limitant le temps pendant lequel le blocage sonique intervient. Pour atteindre ce but, la culasse d'un moteur à combustion interne destinée à fermer la partie supérieure d'au moins un cylindre pour former une 30 chambre de combustion et comprenant au moins un conduit d'échappement, débouchant dans le cylindre, destiné à évacuer les gaz issus de la combustion vers une ligne d'échappement du moteur, la fermeture du conduit d'échappement étant assurée par la fermeture d'une soupape d'échappement associée, d'axe de symétrie (A), sur un siège de soupape et l'ouverture du conduit d'échappement étant assurée par la levée de la soupape d'échappement associée, le siège de soupape étant inséré, lors de la fabrication de la culasse, dans un logement prévu à proximité du débouché du conduit d'échappement dans le cylindre, est caractérisée en ce que la culasse comprend, au niveau du débouché du conduit d'échappement dans le cylindre sous le logement du siège de soupape, un premier chanfrein se terminant par une surface cylindrique, la surface cylindrique se terminant to par un second chanfrein en forme de croissant qui s'étend sur un angle d'arc de telle sorte qu'il soit orienté par sa largeur maximale vers le centre du cylindre. Selon une autre particularité, le second chanfrein en forme de croissant est formé par un cône droit, tronqué de son sommet, d'axe de 15 symétrie parallèle à l'axe de symétrie de la soupape d'échappement et décalé de l'axe de symétrie de la soupape d'échappement d'une distance variant sensiblement de 0 à 5 millimètres, et d'angle au sommet sensiblement égal à 100°. Selon une autre particularité, le premier chanfrein correspond à un 20 cône droit, tronqué de son sommet, d'axe de symétrie correspondant à l'axe de symétrie de la soupape d'échappement, d'angle au sommet sensiblement égal à 90° et passant par la base du logement du siège de la soupape. Selon une autre particularité, la surface cylindrique correspond à Lin cylindre creux d'axe de symétrie correspondant à l'axe de symétrie de la 25 soupape d'échappement, le diamètre de la surface cylindrique est sensiblement supérieur de 0 à 2 millimètres du diamètre du logement du siège de soupape. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la 30 description explicative qui va suivre faite en référence aux figures annexées données à titre d'exemples non limitatifs dans lesquelles : la figure 1 représente une vue en coupe passant par l'axe de symétrie de la soupape d'échappement et perpendiculaire à l'axe longitudinal du moteur, c'est-à-dire l'axe de l'arbre à cames, du premier chanfrein, de la surface cylindrique et du second chanfrein ; la figure 2a représente une vue en coupe de la soupape d'échappement, du siège de soupape, du premier chanfrein et de la surface cylindre et la figure 2b représente une vue en coupe de la soupape d'échappement, du siège de soupape, du premier chanfrein, de la surface cylindre et du second chanfrein ; la comparaison entre la figure 2a et 2b permettant de io mettre en évidence l'amélioration de la perméabilité échappement ; la figure 3 représente une vue de dessus des conduits d'échappement et des soupapes d'échappement débouchant dans un cylindre ; la figure 4 représente une vue en coupe passant par l'axe de symétrie de la soupape d'échappement et perpendiculaire à l'axe longitudinal du 15 moteur, c'est-à-dire l'axe de l'arbre à cames, du premier chanfrein ; la figure 5 représente une vue en coupe passant par l'axe de symétrie de la soupape d'échappement et perpendiculaire à l'axe longitudinal du moteur, c'est-à-dire l'axe de l'arbre à cames, du premier chanfrein et de la surface cylindrique ; 20 la figure 6 représente une vue en coupe de la soupape d'échappement, du siège de soupape, du premier chanfrein et de la surface cylindre : la figure 6a illustrant une levée nulle de la soupape d'échappement et la figure 6b illustrant une levée de quelques millimètres de la soupape d'échappement. 25 La présente invention s'applique à une culasse de moteur à combustion interne de véhicules automobiles. La culasse du moteur à combustion interne est destinée à fermer la partie supérieure d'au moins un cylindre (1) pour former une chambre de combustion. La culasse comprend au moins un conduit d'échappement (2) débouchant dans le cylindre (1). Le 30 conduit d'échappement (2) est destiné à évacuer les gaz issus de la combustion vers une ligne d'échappement du moteur. La fermeture du conduit d'échappement (2) est assurée par la fermeture d'une soupape d'échappement (3) associée, d'axe de symétrie (A), sur un siège de soupape (4) et l'ouverture du conduit d'échappement (2) est assurée par la levée de la soupape d'échappement (3) associée. Le siège de soupape (4) est inséré, lors de la fabrication de la culasse, dans un logement (20) prévu à proximité du débouché du conduit d'échappement (2) dans le cylindre (1). En référence aux figures 1 et 3 à 5, la culasse comprend, au niveau du débouché du conduit d'échappement (2) dans le cylindre (1) sous le logement (20) du siège de soupape (4), un premier chanfrein (21) se lo terminant par une surface cylindrique (22), la surface cylindrique (22) se terminant par un second chanfrein (23) en forme de croissant qui s'étend sur un angle d'arc de telle sorte qu'il soit orienté par sa largeur maximale vers le centre du cylindre (1). En référence à la figure 4, un premier usinage conique de la culasse 15 est réalisé afin d'obtenir le premier chanfrein (21). Ce premier chanfrein (21) correspond à un cône droit, tronqué de son sommet, d'axe de symétrie correspondant à l'axe de symétrie (A) de la soupape d'échappement (3), d'angle au sommet (a1) sensiblement égal à 90° et passant par la base du logement (20) du siège de la soupape (4). 20 En référence à la figure 5, un usinage cylindrique de la culasse est ensuite réalisé afin d'obtenir la surface cylindrique (22). Cette surface cylindrique (22) correspond à un cylindre creux (22) d'axe de symétrie correspondant à l'axe de symétrie (A) de la soupape d'échappement (3). Le diamètre (Dc) du cylindre creux (22) est sensiblement supérieur de 0 à 2 25 millimètres du diamètre (Dl) du logement (20) du siège de soupape (4). Comme le montre la figure 6 pour une levée nulle de la soupape d'échappement (3) (figure 6a) et pour une levée de quelques millimètres de la soupape d'échappement (3) (figure 6b), la distance entre la tête de la soupape d'échappement (3) et les deux usinages, c'est-à-dire le premier 30 usinage conique et l'usinage cylindrique de la culasse, est réduite. Afin de dégager de la section de passage entre le siège de soupape (4) et la soupape d'échappement (3), un second usinage conique de la culasse est réalisé afin d'obtenir le second chanfrein (23). En référence aux figures 1 et 3, le second chanfrein (23) en forme de croissant correspond à un cône droit, tronqué de son sommet, d'axe de symétrie (X) parallèle à l'axe de symétrie (A) de la soupape d'échappement (3) et décalé de l'axe de symétrie (A) de la soupape d'échappement (3) d'une distance variant sensiblement de 0 à 5 millimètres, et d'angle au sommet ((a) sensiblement égal à 100°. L'axe de symétrie (X) du second chanfrein lo (23) est décentré par rapport à l'axe de symétrie (A) de la soupape d'échappement (3) de façon à ce que le second chanfrein (23) n'interfère pas avec la zone proche de la paroi du cylindre (1). La comparaison, entre la figure 2a où la culasse présente le premier chanfrein (21) et la surface cylindrique (22) et la figure 2b où la culasse is présente le premier chanfrein (21), la surface cylindrique (22) et le second chanfrein (23), montre que la section de passage entre le siège de soupape (4) et la soupape d'échappement (3) est plus importante, quelque soit la levée de la soupape d'échappement (3), pour une culasse présentant le premier chanfrein (21), la surface cylindrique (22) et le second chanfrein (23). 20 Cette augmentation de la section de passage quelque soit la levée de la soupape d'échappement (3) permet ainsi d'améliorer la perméabilité échappement. Un des avantages de l'invention est que la culasse du moteur à combustion interne permet de dégager la section de passage entre le siège 25 de soupape (4) et la soupape d'échappement (3) et ainsi d'améliorer la perméabilité échappement. Il doit être évident pour les personnes versées dans l'art que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de 30 l'invention comme revendiqué. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, mais peuvent être modifiés dans le domaine défini par la portée des revendications jointes, et l'invention ne doit pas être limitée aux détails donnés ci-dessus. REVENDICATIONS 1. Culasse d'un moteur à combustion interne destinée à fermer la partie supérieure d'au moins un cylindre (1) pour former une chambre de combustion et comprenant au moins un conduit d'échappement (2), débouchant dans le cylindre (1), destiné à évacuer les gaz issus de la combustion vers une ligne d'échappement du moteur, la fermeture du conduit d'échappement (2) étant assurée par la fermeture d'une soupape d'échappement (3) associée, d'axe de symétrie (A), sur un siège de soupape (4) et l'ouverture du conduit d'échappement (2) étant assurée par la levée de to la soupape d'échappement (3) associée, le siège de soupape (4) étant inséré, lors de la fabrication de la culasse, dans un logement (20) prévu à proximité du débouché du conduit d'échappement (2) dans le cylindre (1), caractérisée en ce que la culasse comprend, au niveau du débouché du conduit d'échappement (2) dans le cylindre (1) sous le logement (20) du 15 siège de soupape (4), un premier chanfrein (21) se terminant par une surface cylindrique (22), la surface cylindrique (22) se terminant par un second chanfrein (23) en forme de croissant qui s'étend sur un angle d'arc de telle sorte qu'il soit orienté par sa largeur maximale vers le centre du cylindre (1). 2. Culasse selon la revendication 1, caractérisée en ce que le second 20 chanfrein (23) en forme de croissant est formé par un cône droit, tronqué de son sommet, d'axe de symétrie (X) parallèle à l'axe de symétrie (A) de la soupape d'échappement (3) et décalé de l'axe de symétrie (A) de la soupape d'échappement (3) d'une distance variant sensiblement de 0 à 5 millimètres, et d'angle au sommet (a2) sensiblement égal à 1000. 25 3. Culasse selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le premier chanfrein (21) correspond à un cône droit, tronqué de son sommet, d'axe de symétrie correspondant à l'axe de symétrie (A) de la soupape d'échappement (3), d'angle au sommet (a1) sensiblement égal à 90° et passant par la base du logement (20) du siège de la soupape (4). 2923857 io 4. Culasse selon une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que, la surface cylindrique (22) correspond à un cylindre creux d'axe de symétrie correspondant à l'axe de symétrie (A) de la soupape d'échappement (3), le diamètre (Dc) de la surface cylindrique est sensiblement supérieur de 0 à 2 5 millimètres du diamètre (Dl) du logement (20) du siège de soupape (4).