Brevet FR2923268A1 — publié le 20090508

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale les moteurs à combustion interne à allumage commandé, et plus particulièrement l'admission de tels moteurs. La présente invention concerne en particulier une culasse d'un moteur à combustion interne. Elle concerne également un moteur à combustion interne comportant une telle culasse. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Les moteurs à combustion interne comportent au moins un cylindre à l'intérieur duquel se trouve une chambre de combustion où se produit la combustion d'un mélange de carburant et d'air qui fournit l'énergie nécessaire au fonctionnement du véhicule. Le carburant est injecté dans cette chambre par une buse d'injection, tandis que l'air y est introduit par un conduit d'admission débouchant sur un orifice d'admission muni d'une soupape d'admission. Le mélange est ensuite comprimé par un piston. Après la combustion, les gaz brûlés résiduels sont évacués par un conduit d'échappement. Les conduits d'admission et d'échappement sont percés dans la culasse qui ferme chaque cylindre. L'ouverture de la soupape d'admission permet de contrôler le débit d'air frais entrant dans la chambre de combustion. Les caractéristiques aérodynamiques du jet d'air introduit par l'orifice d'admission dans la chambre de combustion sont des paramètres importants pour le contrôle du fonctionnement du moteur. Dans le cas des moteurs à combustion interne à allumage commandé, on cherche à générer une aérodynamique structurée en tourbillon. Pour les moteurs à une soupape d'admission par cylindre, l'aérodynamique privilégiée pour l'air dans le cylindre est un mouvement tourbillonnaire de rotation de l'air autour de l'axe du cylindre (appelé swirl). Pour un moteur présentant deux soupapes d'admission par cylindre, le mouvement aérodynamique privilégié est une rotation autour d'un axe perpendiculaire à l'axe du cylindre (appelé tumble). Le mouvement de swirl de l'ensemble du jet d'air permet de conserver un jet turbulent structuré et stable dans le cylindre pendant la plus grande partie de la compression. Ce mouvement de swirl ne perd son caractère structuré et stable qu'à la fin de la compression, peu avant l'allumage, ce qui permet d'augmenter l'homogénéisation du mélange d'air et de carburant et d'obtenir des vitesses de déplacement du mélange dans la chambre de combustion plus grande au moment de l'allumage. La flamme d'allumage se propage alors plus vite et la vitesse de combustion est donc plus grande : l'embrasement total du mélange est plus rapide. Ceci limite les risques d'auto- allumages incontrôlés du mélange, appelé cliquetis, qui peuvent se produire avant la propagation de la flamme d'allumage dans l'ensemble du mélange. La combustion étant ainsi favorisée par le mouvement de swirl du jet d'air, la quantité de gaz brûlés résiduels dans le cylindre peut être augmentée sans dégrader l'allumage du mélange. Cette dilution du mélange d'air frais et de carburant par des gaz brûlés résiduels provenant du cycle de combustion précédent permet un gain sur la consommation de carburant et limite la quantité d'émissions polluantes rejetées à chaque cycle. Le mouvement de swirl du jet d'air dans la chambre de combustion favorise également le déclenchement de la combustion de façon tardive, et permet de travailler en forte sous-avance lors du démarrage à froid, c'est-à-dire d'initier la combustion plus tardivement, afin de récupérer des gaz d'échappement très chauds servant à l'amorçage du catalyseur. Le catalyseur atteint alors plus rapidement sa température de fonctionnement optimale, ce qui améliore les performances de dépollution du moteur. Parmi les dispositifs déjà connus permettant de générer ce type de jet d'air, certains comportent un système mécanique d'obturation partielle du conduit, comme par exemple des plaques de séparation divisant le conduit en deux parties ou un boisseau déflecteur. Ces dispositifs présentent cependant l'inconvénient de devoir être placés proches des soupapes ce qui peut perturber le mélange de l'air et du carburant, en particulier dans le cas des moteurs à essence dans lesquels le carburant est injecté dans le conduit d'admission. Les caractéristiques aérodynamiques du jet d'air peuvent également être contrôlées par une optimisation de la forme de la conduite d'admission. De manière générale, la culasse comportant la conduite d'admission est fabriquée par moulage, suivi ou non d'un usinage. Un tel moulage est réalisé au moyen de noyaux placés dans le moule à des endroits prédéterminés. Toutefois, ces noyaux peuvent se déplacer légèrement par rapport à cet endroit. Ce déplacement éventuel introduit des dispersions de fonderie : la géométrie de la culasse obtenue présente alors de légères différences par rapport à la géométrie prévue, ce qui affecte la génération du mouvement de swirl. Enfin, l'optimisation de la forme du conduit pour générer un mouvement 3 d'air de type swirl dans le cylindre dégrade généralement la perméabilité (c'est-à-dire l'aptitude à laisser passer un grand débit d'air) du conduit d'admission, ce qui diminue les performances du moteur. OBJET DE L'INVENTION Afin de remédier aux inconvénients précités de l'état de la technique, la présente invention propose une culasse de moteur à combustion interne comportant un conduit d'admission dont la géométrie favorise la génération d'un tourbillon d'air dans la chambre de combustion de façon insensible aux dispersions de fonderie. Plus particulièrement, on propose selon l'invention, une culasse d'un moteur à combustion interne percée d'un conduit d'admission dont la paroi cylindrique comporte une partie d'axe rectiligne située en amont d'une partie d'axe courbé qui présente un côté intérieur de plus petit rayon de courbure et qui débouche sur un logement pour un siège de soupape ouvert sur une chambre de combustion. Selon l'invention, la partie d'axe rectiligne de la paroi cylindrique du conduit d'admission comprend une pente inclinée vers le centre du conduit d'admission, située à proximité du côté intérieur de la partie d'axe courbé de la paroi cylindrique de ce conduit d'admission. Cette pente dévie le jet d'air vers un côté extérieur de plus grand rayon de courbure de la partie d'axe courbé de la paroi cylindrique du conduit d'admission. Le jet d'air passe donc préférentiellement dans la chambre de combustion du côté de la demi-circonférence de l'orifice d'admission située du même côté que le côté extérieur de la paroi cylindrique du conduit d'admission par rapport à l'axe du conduit d'admission. Cette demi-circonférence est appelée côté avant de l'orifice d'admission. Le jet s'enroule ensuite naturellement le long de la paroi interne du cylindre, et forme un tourbillon unique et stable tournant autour de l'axe du cylindre. Cet agencement de la paroi cylindrique du conduit d'admission est simple à réaliser et peu coûteux. De plus, les caractéristiques géométriques de la pente (hauteur, inclinaison...) peuvent être ajustées afin de limiter la dégradation de la perméabilité du conduit d'admission liée à la présence de cette pente. Ces caractéristiques sont également choisies de façon à être peu sensibles aux dispersions de fonderie. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de la culasse selon l'invention, - l'angle d'inclinaison de la pente est compris entre 10 et 45° ; - le diamètre du conduit d'admission au niveau d'un sommet de la pente 4 est inférieur au diamètre moyen du conduit d'admission d'environ 2 à 5 mm ; - la pente présente une longueur selon l'axe du conduit d'admission comprise entre 5 et 10 mm ; - la pente présente une étendue angulaire le long d'une circonférence du conduit d'admission inférieure à 180°. Ces caractéristiques assurent une bonne efficacité de la pente pour la génération d'un tourbillon dans la chambre de combustion et limitent la dégradation de la perméabilité du conduit d'admission liée à la présence de cette pente. Ces caractéristiques sont, de plus, peu sensibles aux dispersions de fonderie. Selon une autre caractéristique avantageuse de la culasse selon l'invention, le conduit d'admission étant symétrique par rapport à un plan médian, la pente est située de façon à être centrée sur ce plan médian. Cette position permet d'assurer que le jet d'air passe bien du côté avant de l'orifice d'admission. Selon une autre caractéristique avantageuse de la culasse selon l'invention, le sommet de la pente est raccordé au côté intérieur de la partie d'axe courbé de la paroi cylindrique de ce conduit d'admission par une portion de paroi continûment courbée. Ainsi, la pente ne présente pas d'arête saillante qui pourrait dégrader la qualité du jet d'air. Selon une autre caractéristique avantageuse de la culasse selon l'invention, la pente est réalisée par moulage. La pente étant inclinée vers le centre du conduit d'admission, elle correspond à un ajout de matière et peut avantageusement être réalisée par moulage, en modifiant le conduit d'admission brut de fonderie, mais sans modifier son enveloppe : la forme générale de l'extérieur du conduit reste identique. On propose également selon l'invention, un moteur à combustion interne comportant une culasse selon l'une des revendications précédentes. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un cylindre moteur fermé par une culasse selon l'invention, - la figure 2 est une vue de détail d'une partie du conduit d'admission de la culasse de la figure 1. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un bloc-moteur 100 de moteur à combustion interne. Le bloc-moteur 100 comporte un bloc-cylindres 19 pourvu de cylindres 14 en ligne, d'axes V verticaux. Il comporte par exemple quatre cylindres 14 dont un seul d'entre eux est représenté ici. Un carter d'huile 20 contenant de l'huile destinée à lubrifier les différents organes du moteur est rapporté sur la partie inférieure de ce bloc-cylindres 19, et une culasse 18 est rapportée sur sa partie supérieure. La culasse 18 du bloc-moteur 100 comporte un socle de culasse 7 de forme globalement parallélépipédique et un couvre-culasse 22. La face inférieure de ce socle de culasse 7 ferme le cylindre 14 et est appelée tête de cylindre 2. La tête de cylindre 2 est plane et présente au moins deux orifices 5, 6 circulaires ouverts chacun sur un logement 26, 36 cylindrique d'axe droit Z2 accueillant un siège de soupape 25, 35, comme représenté sur la figure 2. Alternativement, la tête de cylindre 2 peut présenter un renfoncement, ce qui lui donne une forme de toit avec au moins deux faces inclinées percées chacune d'un logement pour un siège de soupape. Classiquement, le cylindre 14 loge un piston 15 adapté à coulisser le long de sa paroi interne 13 suivant un mouvement rectiligne alternatif selon l'axe V du cylindre 14. Le piston 15 comporte une jupe périphérique percée transversalement de deux ouvertures d'accueil 23 adaptées à accueillir un axe lié à une extrémité d'une bielle 16. L'autre extrémité de cette bielle 16 est liée à un vilebrequin 17 par l'intermédiaire d'une liaison excentrique. Ainsi, le mouvement rectiligne alternatif du piston 15 entraîne en rotation le vilebrequin 17 du moteur à combustion interne. La paroi interne 13 de chaque cylindre 14 délimite avec la tête de cylindre 2 et le piston 15 qui lui sont associés, une chambre de combustion 3. Comme le montre la figure 2, le socle de culasse 7 est percé d'au moins un conduit d'admission 1 qui s'étend à partir d'un répartiteur d'air 9 fixé à la culasse 18 selon un axe médian Z1 dont une partie est rectiligne et une autre partie est coudée. Ce conduit d'admission 1 débouche dans un 26 des deux logements 26, 36, qui est de diamètre supérieur au diamètre S1 du conduit d'admission 1 et qui accueille un siège de soupape 25 appelé siège de soupape d'admission. Le siège de soupape d'admission 25 est une bague de section profilée. II présente une ouverture centrale 27 qui se trouve dans le prolongement du conduit d'admission 1 et qui est de même diamètre que celui-ci à la jonction 54 entre le conduit d'admission 1 et le siège de soupape d'admission 25. L'ouverture centrale 27 prolonge donc continûment le conduit d'admission 1 en aval de celui-ci. Le profil du siège de soupape d'admission 25 est tel que l'ouverture 27 s'évase selon plusieurs pans inclinés 251 depuis la jonction 54 jusqu'à la tête de cylindre 2. L'orifice circulaire 6 dans le plan de la tête de cylindre 2 défini par l'intersection entre le logement pour siège de soupape d'admission 25 et la tête de cylindre 2 est appelé orifice d'admission 6. Le conduit d'admission 1 présente une paroi cylindrique comportant une partie 50 d'axe coudé appelée coude 50 et une partie 53 d'axe rectiligne, appelée partie rectiligne 53, située en amont du coude 50. Ce conduit d'admission 1 est symétrique selon un plan de symétrie vertical appelé plan médian P, se trouvant dans le plan des figures 1 et 2. Le coude 50 de la paroi cylindrique du conduit d'admission 1 présente un côté extérieur 52 de plus grand rayon de courbure et un côté intérieur 51 de plus petit rayon de courbure. La partie rectiligne 53 de la paroi cylindrique du conduit d'admission 1 comporte deux zones 11, 12 appelées extrados 11 et intrados 12. L'extrados 11 correspond à la zone de cette partie rectiligne 53 qui se raccorde au côté extérieur 52 du coude 50, et l'intrados 12 correspond à la zone de cette partie rectiligne 53 qui se raccorde au côté intérieur 51 du coude 50. La forme droite de la partie rectiligne 53 de la paroi cylindrique du conduit d'admission 1 permet d'éviter les décollements d'air et d'obtenir ainsi une perméabilité optimale pour le conduit d'admission 1. Le plan médian P du conduit d'admission 1 est également un plan de symétrie pour le logement 26. Il passe par un diamètre de l'orifice d'admission 6 définissant un axe Al. Un diamètre A2 de l'orifice d'admission 6 perpendiculaire à l'axe Al délimite deux demi-circonférences de l'orifice d'admission 6. Une de ces deux demi-circonférences de l'orifice d'admission 6 se trouve du côté de l'extrados 11 par rapport à l'axe droit Z2 du logement: il s'agit de la demi-circonférence la plus en aval du jet d'air par rapport à cet axe droit Z2. Elle est appelée côté avant AV de l'orifice d'admission 6. L'autre demi-circonférence de l'orifice d'admission 6 se trouve du côté de l'intrados 12 par rapport à l'axe droit Z2 du logement: il s'agit de la demi-circonférence la plus en amont du jet d'air par rapport à cet axe droit Z2. Elle est appelée côté arrière AR de l'orifice d'admission 6. 7 Le conduit d'admission 1 assure l'alimentation de la chambre de combustion 3 en air frais. Pour l'échappement des gaz brûlés en dehors de chaque cylindre 14, le socle de culasse 7 est percé d'un conduit d'échappement 8 qui s'étend à partir d'un logement 36 pour un siège de soupape d'échappement 35. Ce siège de soupape d'échappement 35 est semblable au siège de soupape d'admission 25 et l'intersection entre le logement 36 pour siège de soupape et la tête de cylindre 2 est appelé orifice d'échappement 5. Le conduit d'échappement 8 débouche dans un collecteur d'échappement 21 fixé à la culasse 18. Ici, le socle de culasse 7 est percé d'un seul conduit d'admission 1 et d'un conduit d'échappement 8 par cylindre 14. La culasse 18 comporte par ailleurs une soupape d'admission 10 et une soupape d'échappement 30 pour réguler les débits d'arrivée d'air frais et de sortie de gaz brûlés de chaque cylindre 14. Ces soupapes d'admission 10 et d'échappement 30 sont commandées en position par des arbres à cames 60, 61 qui sont disposés dans la culasse 18 et qui sont liés en rotation au vilebrequin 17. Ces arbres à cames 60, 61 transmettent un mouvement de translation rectiligne alternatif à chaque soupape. Les soupapes d'admission 10 et d'échappement 30 coulissent entre une position haute et une position basse dans un guide de soupape 62, 63, représenté sur la figure 1, percé dans la partie de la culasse située au dessus des conduits d'admission 1 et d'échappement 8, débouchant en regard des orifices d'admission 6 et d'échappement 5 dans chaque conduit. En position haute, les soupapes d'admission 10 et d'échappement 30 sont en contact avec les sièges de soupape 25, 35 et obturent les conduits d'admission 1 et d'échappement 8. La présence des sièges de soupapes 25, 35 profilés permet d'assurer que ces conduits sont obturés de manière étanche, car le profil de chaque siège de soupape 25, 35 s'adapte parfaitement à la forme de la soupape correspondante. En position basse, les soupapes d'admission 10 et d'échappement 30 libèrent alternativement l'orifice d'admission 6 et l'orifice d'échappement 5 pour permettre le passage de l'air frais ou des gaz brûlés. La culasse 18 comporte également des injecteurs de carburant (non représentés) qui débouchent par exemple directement dans la chambre de 35 combustion 3 et assurent l'alimentation en carburant. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de la culasse 18, l'intrados 12 de la partie rectiligne 53 du conduit d'admission 1 comporte une pente 41 qui est inclinée vers le centre du conduit d'admission 1 c'est-à-dire vers l'axe médian Z1 de ce conduit, et qui est située de préférence à l'extrémité de l'intrados, juste en amont du coude 50 du conduit d'admission 1. Cette pente 41 s'élève de préférence continûment et de façon progressive à partir de l'intrados 12 jusqu'à un sommet S où le diamètre S2 du conduit d'admission 1 est minimum, et elle forme par exemple un renflement 4. En aval du sommet S, une portion 42 de paroi continûment courbée relie ce sommet S à une partie de l'intrados 12 jouxtant le côté intérieur 51 du coude 50. Alternativement, d'autres géométries peuvent être envisagées pour la pente 41. II est possible d'envisager par exemple que le renflement formé par cette pente présente une géométrie en coin avec un ou plusieurs angles. Le diamètre S1 moyen de la conduite d'admission en amont de la pente 41 est typiquement de 26 à 40 mm. Le diamètre du conduit d'admission 1 au niveau du sommet S de la pente 41 est minimal et inférieur d'environ 2 à 5 mm au diamètre SI du conduit d'admission 1 en amont de la pente 41. La pente 41 s'étend selon l'axe médian Z1 du conduit d'admission 1 sur une longueur L comprise par exemple entre 5 mm et 1cm. L'angle d'inclinaison ALPHA de la pente 41 par rapport à l'axe médian Z1 de la partie rectiligne 53 du conduit d'admission 1 est compris de préférence entre 10 et 45°. L'étendue angulaire de la pente 41 selon une circonférence du conduit d'admission 1 est inférieure à 180° et de préférence inférieure à 90°. Sa position est de préférence centrée par rapport au plan médian P du conduit d'admission 1. Alternativement, la pente 41 peut être légèrement décalée de quelques degrés par rapport au plan médian P. La fabrication de la culasse 18 est réalisée par moulage dans un moule muni de noyaux permettant d'obtenir par exemple les conduits d'admission 1 et d'échappement 8. Certaines surfaces de la culasse sont ensuite usinées. On peut par exemple usiner les logements 26, 36 puis rapporter les sièges de soupape 25, dans ces logements. La pente 41 est réalisée par moulage lors du moulage de la culasse 18, ce qui nécessite donc une modification du moule de la culasse et du conduit d'admission 1 brut de fonderie. Cependant, cette modification correspondant à un 35 ajout de matière, il n'est pas nécessaire de modifier l'enveloppe du conduit d'admission 1, et l'ajout est possible quelque soit les caractéristiques de la culasse 18. La réalisation de la pente 41 ne nécessite pas d'usinage supplémentaire de la culasse. La présence de la pente 41 provoque un décollement de l'air de la paroi de l'intrados 12, et guide le jet d'air vers l'extrados 11, comme représenté par une flèche sur la figure 2, de sorte que le jet d'air passe du côté avant AV de l'orifice d'admission 6, et suit la paroi du cylindre pour former un tourbillon stable. Ce tourbillon ne se dégrade en turbulence qu'à la fin de la compression de l'air dans la chambre de combustion, ce qui améliore les performances du moteur en termes de consommation et de dépollution. Les caractéristiques géométriques H, L et la position de la pente 41 proche du coude 50 sont choisies afin de limiter les risques de recollement de l'air sur le côté intérieur 51 du coude 50 de plus petit rayon de courbure entre le renflement 4 et le logement 25 pour siège de soupape. 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. La présente invention peut en particulier être appliquée aux culasses percées de deux conduits d'admission jumelés : les deux conduits partagent le même orifice d'admission 6. Elle peut également s'appliquer aux culasses percées de deux conduits d'admission séparés et de deux conduits d'échappement, dans le but de générer un mouvement de rotation de l'air dans le cylindre autour d'un axe perpendiculaire à l'axe du cylindre. REVENDICATIONS 1. Culasse (18) d'un moteur à combustion interne percée d'un conduit d'admission (1) dont la paroi cylindrique comporte une partie d'axe rectiligne (53) située en amont d'une partie d'axe courbé (50) qui présente un côté intérieur (51) de plus petit rayon de courbure et qui débouche sur un logement (26) pour un siège de soupape (25) ouvert sur une chambre de combustion (3), ladite culasse (18) étant caractérisée en ce que la partie d'axe rectiligne (53) de la paroi cylindrique du conduit d'admission (1) comprend une pente (41) inclinée vers le centre du conduit d'admission (1), située à proximité du côté intérieur de la partie d'axe courbé (50) de la paroi cylindrique de ce conduit d'admission (1). 2. Culasse (18) selon la revendication précédente, dans laquelle l'angle d'inclinaison (ALPHA) de la pente est compris entre 10 et 45°. 3. Culasse (18) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le diamètre (S2) du conduit d'admission (1) au niveau d'un sommet (S) de la pente (41) est inférieur au diamètre moyen (Si) du conduit d'admission (1) d'environ 2 à 5 mm. 4. Culasse (18) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la pente (41) présente une longueur selon l'axe du conduit d'admission (1) comprise entre 5 et 10 mm. 5. Culasse (18) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la pente (41) présente une étendue angulaire le long d'une circonférence du conduit d'admission (1) inférieure à 180°. 6. Culasse (18) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le conduit d'admission (1) étant symétrique par rapport à un plan médian (P), la pente (41) est positionnée de façon à être centrée sur ce plan médian (P). 7. Culasse (18) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le sommet (S) de la pente (41) est raccordé au côté intérieur de la partie d'axe courbé (50) de la paroi cylindrique de ce conduit d'admission (1) par une portion (42) de paroi continûment courbée. 8. Culasse (18) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la pente (41) est réalisée par moulage. 9. Moteur à combustion interne comportant une culasse (18) selon l'une des revendications précédentes.35