Brevet FR2931893A1 — publié le 20091204

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale l'admission en gaz frais des moteurs à combustion interne. Elle concerne plus particulièrement une culasse de moteur à combustion interne comportant au moins un conduit d'admission dont la surface intérieure délimite une section de passage de gaz frais, ce conduit d'admission présentant, suivant le sens d'écoulement des gaz frais, une partie amont et une partie aval raccordées par un coude. Elle concerne également un moteur à combustion interne comportant un bloc-cylindres recouvert d'une telle culasse. L'invention s'applique plus particulièrement aux moteurs à allumage commandé. ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE Classiquement, l'admission en gaz frais d'un cylindre d'un moteur à combustion interne se fait via un ou plusieurs conduits d'admission traversant la culasse du moteur. Chaque conduit d'admission est généralement conçu de manière que sa perméabilité, c'est-à-dire son aptitude à laisser passer un grand débit de gaz frais, soit optimale. En effet, plus la quantité de gaz frais admise dans le cylindre est grande, plus le volume de carburant à injecter dans ce cylindre peut être important, ce qui permet d'accroître les performances du moteur. Toutefois, dans une culasse du type précité, la forme coudée du conduit d'admission perturbe l'écoulement des gaz frais, ce qui limite fortement sa perméabilité. Ce coude crée plus précisément un décollement du flux de gaz frais, de sorte que le débit de gaz frais est quasiment nul du côté intérieur du coude. On comprend alors que ce décollement entraîne une diminution de la section effective de passage des gaz frais. Il est connu, pour limiter la chute de perméabilité du conduit d'admission, de prévoir que la section de passage des gaz frais se rétrécisse progressivement en amont du coude de manière à contraindre les gaz frais à passer dans toute la section de passage délimitée par la surface intérieure du coude. Cette solution ne s'avère toutefois pas totalement satisfaisante, les pertes de charges générées par le coude restant très importantes. II est également connu d'usiner la surface intérieure du conduit d'admission, ainsi que son débouché, pour leur conférer des formes aérodynamiques et des rugosités de surface particulièrement faibles, mais cette solution est onéreuse, longue et difficile à mettre en oeuvre. Elle ne permet en outre pas d'accroître significativement la perméabilité du conduit d'admission. OBJET DE L'INVENTION Afin de remédier aux inconvénients précités de l'état de la technique, la présente invention propose une nouvelle culasse permettant de contrecarrer la réduction de la section effective de passage des gaz frais. Plus particulièrement, on propose selon l'invention une culasse telle que définie dans l'introduction, dans laquelle le conduit d'admission comporte une portion élargie située en aval de ladite partie amont, au niveau de laquelle ladite section de passage s'élargit. Cet élargissement de section permet d'accroître la taille de la section effective de passage des gaz frais, pour compenser la zone de la section réelle du conduit d'admission au travers de laquelle les gaz frais ne passent pas ou peu. Ainsi, grâce à l'invention, la perméabilité du conduit d'admission est peu affectée par le décollement du flux de gaz frais généré par le coude. Comparé à un conduit d'admission de forme classique, le conduit d'admission selon l'invention présente alors une perméabilité qui est en particulier accrue au début et à la fin de chaque cycle d'admission, lorsque la soupape d'admission commence à s'ouvrir ou finit de se refermer. D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de la culasse conforme à l'invention sont les suivantes : - ladite portion élargie s'étend sur une moitié amont du coude ; - la culasse comportant un guide de soupape débouchant dans ledit conduit d'admission, ladite portion élargie s'étend en aval dudit guide de soupape ; - ladite portion élargie est formée par deux renfoncements de la surface intérieure, situés du côté extérieur dudit coude ; - la culasse comportant au moins une tête de cylindre qui présente un contour circulaire apte à être positionné dans le prolongement d'une face intérieure cylindrique d'un cylindre du moteur à combustion interne et qui comprend une ouverture décentrée dans laquelle débouche ledit conduit d'admission, le renfoncement le plus proche du contour circulaire de la tête de cylindre présente une profondeur moins importante que l'autre renfoncement ; - ladite partie amont est sensiblement rectiligne ; - ladite section de passage se réduit progressivement dans ladite partie amont ; - ladite partie amont et ledit coude sont brut de fonderie ; - ladite partie aval est usinée et forme un logement d'accueil d'un siège de soupape. L'invention concerne également un moteur à combustion interne qui comprend une telle culasse. DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UN EXEMPLE DE RÉALISATION 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 d'un bloc-moteur d'un moteur à combustion interne, comportant une culasse selon l'invention ; - la figure 2 est une vue de côté de la surface intérieure d'un conduit d'admission de la culasse de la figure 1 ; - la figure 3 est une courbe représentative de la variation de l'aire de la section de passage définie par la surface intérieure du conduit d'admission de la figure 2 ; et - les figures 4 et 5 sont respectivement des vues de dessus et arrière de la surface intérieure du conduit d'admission de la figure 2. Dans la description qui va suivre, les termes amont et aval seront utilisés suivant le sens de circulation des gaz dans le moteur, depuis le répartiteur d'air 5 jusqu'au collecteur d'échappement 4. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un bloc-moteur 2 de moteur à combustion interne 1. Le bloc-moteur 2 comporte un bloc-cylindres 6 pourvu de cylindres 11 en ligne d'axes V verticaux, par exemple au nombre de quatre, dont un seul d'entre eux est ici représenté. Ce bloc-cylindres 6 est raccordé, sur sa partie inférieure, à un carter d'huile 7 renfermant de l'huile destinée à lubrifier les différents organes du moteur 1, et, sur sa partie supérieure, à une culasse 20 qui est elle-même recouverte d'un couvre-culasse 3. Classiquement, le cylindre 1'1 loge un piston 8 qui est adapté à coulisser le long de sa face intérieure 11A suivant un mouvement rectiligne alternatif d'axe confondu avec l'axe V du cylindre 11. Le piston 8 présente une jupe périphérique qui est percée transversalement de deux ouvertures d'accueil d'un axe lié à une extrémité d'une 3 bielle 9. L'autre extrémité de cette bielle 9 est liée, par l'intermédiaire d'une liaison excentrique, à un vilebrequin 10. Ainsi, le mouvement rectiligne alternatif du piston 8 permet d'entraîner en rotation le vilebrequin 10 du moteur à combustion interne 1. La culasse 20 du bloc-moteur 2 comporte un socle 21 de forme globalement parallélépipédique. La face inférieure de ce socle 21 présente quatre zones 22 situées dans le prolongement des cylindres 11 du bloc-cylindres 6 et destinées à fermer les extrémités supérieures de ces quatre cylindres 11. Ces quatre zones 22 sont délimitées par des contours circulaires 23 et sont communément appelées têtes de cylindre 22. La face intérieure 11A de chaque cylindre 11 délimite ainsi, avec la tête de cylindre 22 et le piston 8 qui lui sont associés, une chambre de combustion 12. Pour l'admission en air frais de chaque cylindre 11, le socle 21 de la culasse 20 est percé d'au moins un conduit d'admission 30 qui s'étend depuis un répartiteur d'air 5 fixé à la culasse jusque sur une ouverture décentrée 39 prévue dans la tête de cylindre 22. Ce conduit d'admission 30 sera décrit plus en détail dans la suite de cet exposé. Ici, le socle 21 de la culasse 20 est percé d'un seul conduit d'admission 30 par cylindre, mais il pourrait également être percé de deux conduits d'admission par cylindre. Pour l'échappement des gaz brûlés en dehors de chaque cylindre 11, le socle 21 de la culasse 20 est percé cl'au moins un conduit d'échappement 40 qui prend naissance sur une ouverture décentrée 49 prévue dans la tête de cylindre 22 et qui débouche dans un collecteur. d'échappement 4 fixé à la culasse. Ici, le socle 21 de la culasse 20 est percé d'un seul conduit d'échappement par cylindre, mais il pourrait également être percé de deux conduits d'échappement par cylindre. Les débits d'arrivée de gaz frais et de sortie de gaz brûlés de chaque cylindre 11 sont régulés par des soupapes d'admission 26 et des soupapes d'échappement 28. Chaque soupape 26, 28 comporte une tige allongée et une extrémité évasée 26A, 28A. La tige allongée est enfilée dans un tube, communément appelé guide de soupape 27, 29, logé en force dans la culasse 20 de telle sorte que l'une de ses extrémités débouche dans le conduit d'admission 30 ou d'échappement 40 correspondant. L'extrémité évasée de chaque soupape 26, 28 peut ainsi être positionnée dans l'ouverture décentrée 39, 49 correspondante de la tête de cylindre 22 afin de l'obturer. Ces soupapes d'admission 26 et d'échappement 28 sont commandées en translation dans les guides de soupape 27, 29 par des arbres à cames 24, 25 qui sont disposés dans la culasse 20 et qui sont liés en rotation au vilebrequin 10. En tournant, les cames des arbres à cames appuient sur les extrémités libres des tiges des soupapes d'admission 26 et d'échappement 28 de manière que leurs extrémités évasées se lèvent alternativement afin de libérer un passage pour les gaz frais ou les gaz brûlés. Pour l'admission en carburant des cylindres 11, la culasse 20 comporte un ou plusieurs injecteurs de carburant (non représentés) qui débouchent dans les conduits d'admission 30 ou, en variante, directement dans la chambre de combustion 12. Préférentiellement, le moteur à combustion interne 1 est à allumage commandé, si bien que la culasse comporte en outre une ou plusieurs bougies d'allumage (non représentées), qui débouchent directement dans la chambre de combustion 12. En variante, on pourra également prévoir que le moteur à combustion interne soit à allumage par compression (Diesel), auquel cas il sera dépourvu de bougies d'allumage mais comportera en revanche des bougies de préchauffage. Le conduit d'admission 30 précité s'étend suivant une ligne moyenne W coudée. II présente plus particulièrement une partie amont 32 sensiblement rectiligne dont l'embouchure est raccordée au répartiteur d'air 5, une partie aval 34 également sensiblement rectiligne qui débouche sur la tête de cylindre 22, et un coude 33 qui forme la jonction entre cette partie amont 32 et cette partie aval 34. Si on considère la surface intérieure de ce coude 33, on peut définir deux parties semi-périphériques, dont une partie située à l'extérieur du coude 33, communément appelée extrados, et une partie opposée située à l'intérieur du coude 33, communément appelée intrados. Le conduit d'admission 30 présente une surface intérieure 31 qui délimite, en chaque point de la ligne moyenne W, une section de passage de gaz frais, orthogonale à la ligne moyenne W. Comme le montre la figure 3, l'aire des sections de passage S1 - S8 des gaz frais varie le long de la ligne moyenne W. Ici, comme le montre la figure 4, la ligne moyenne W de la partie amont 32 du conduit d'admission 30 s'étend sensiblement orthoradialement par rapport au contour circulaire 23 de la tête de cylindre 22, si bien que l'un des flancs du coude 33 s'étend à proximité de ce contour circulaire 23 tandis que l'autre de ses flancs s'étend à proximité du centre de la tête de cylindre 22. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, comme le montrent les figures 2, 4 et 5, le conduit d'admission 30 comporte une portion élargie 33A située en aval de sa partie amont 32, au niveau de laquelle la section de passage des gaz frais s'élargit. Préférentiellement, cette portion élargie 33A s'étend sur une moitié amont du coude 33, en aval du guide de soupape 27, et forme un divergent, tandis que la moitié aval du coude 33 forme un convergent prononcé. Ainsi, comme le montrent les figures 2 et 3, l'aire de la section de passage S2 située à mi-longueur du coude 33 est supérieure aux aires des sections de passage S3, S1 situées à l'entrée et à la sortie du coude 33. On sait en effet que le coude 33 crée un décollement des gaz frais, de sorte que le débit de gaz frais est très important à l'extrados du coude 33 et quasiment nul à l'intrados, de sorte que la section de passage effective des gaz frais présente une aire inférieure à l'aire de la section réelle du conduit d'admission 30. En outre, le guide de soupape qui débouche dans le conduit d'admission participe à réduire cette section de passage effective des gaz frais. Ici, grâce à l'invention, la portion élargie 33A permet d'accroître la taille de la section de passage effective des gaz au niveau du coude 33, de manière à ce que son aire soit environ égale à l'aire de la section de passage S3 des gaz frais à l'entrée du coude 33. Pour mémoire, on a représenté en pointillés sur les figures 2 à 5 la forme de la face intérieure d'un conduit d'admission classique, dépourvu de portion élargie. Dans l'exemple représenté sur les figures, la portion élargie 33A est avantageusement formée par deux renfoncements 36, 37 situés sur l'extrados du coude 33, chacun du côté d'un flanc de ce coude 33. Ces renfoncements 36, 37 sont plus précisément situés à la même hauteur du coude 33 suivant la ligne moyenne W, à distance l'un de l'autre, de sorte qu'un premier renfoncement 37 est situé à proximité du contour circulaire 23 de la tête de cylindre 22 tandis qu'un second renfoncement 36 est situé à proximité du centre de la tête de cylindre 22. Ici, comme le montre plus particulièrement la figure 4, le premier renfoncement 37 présente une profondeur P2 moins importante que la profondeur P1 du second renfoncement 36. Plus précisément ici, le premier renfoncement 37 présente une profondeur P1 environ égale à 3 millimètres tandis que le second renfoncement 36 présente une profondeur P2 sensiblement égale à 4 millimètres. Le cylindre 11 génère en effet un � effet de paroi � qui limite le débit de gaz frais le long de sa face intérieure 11A, si bien que prévoir un second renfoncement 36 de profondeur importante à proximité du centre de la tête de cylindre 22 permet à une grande quantité de gaz frais de passer dans ce second renfoncement 36 et d'entrer librement dans le cylindre 11, sans être confronté à cet effet de paroi. II n'est en revanche pas nécessaire de prévoir un premier renfoncement 37 de profondeur importante puisque les gaz frais qui passent par ce renfoncement sont confrontés à cet effet de paroi. De manière préférentielle, la partie amont 32 du conduit d'admission 30 est sensiblement conique, de manière que la section de passage des gaz frais se réduit progressivement depuis l'embouchure du conduit amont 32 jusqu'à l'entrée du coude 33. Cette forme conique permet d'accélérer les gaz frais afin d'insuffler une grande quantité de gaz frais dans les cylindres 11 du moteur à combustion interne 1. Lors de sa fabrication, la culasse 20 est réalisée en deux étapes principales. Au cours d'une première étape, la culasse est moulée dans un moule muni de noyaux présentant les formes, en négatif, des conduits d'admission et d'échappement. Puis, au cours d'une seconde étape, la culasse 20 est en partie usinée. Avantageusement, seule la partie aval 34 du conduit d'admission 30 est ici usinée, ce qui limite la durée et le coût de fabrication de la culasse 20. Cette partie aval 34 est ici usinée pour former un logement d'accueil 35 d'un siège de soupape sur lequel peut reposer l'extrémité évasée 26A de la soupape d'admission 26. En revanche, la partie amont 32 et le coude 33 du conduit d'admission 30 restent brut de fonderie. Le coût de la culasse est ainsi réduit sans que la rugosité de surface de la partie amont: 32 et du coude 33 ne réduise pour autant la perméabilité du conduit d'admission 30. REVENDICATIONS1. Culasse (20) de moteur à combustion interne (1) comportant au moins un conduit d'admission (30) dont la surface intérieure (31) délimite une section de passage (SI ù S8) de gaz frais, ce conduit d'admission présentant, suivant le sens d'écoulement des gaz frais, une partie amont (32) et une partie aval (34) raccordées par un coude (33), caractérisée en ce que ledit conduit d'admission (30) comporte une portion élargie (33A) située en aval de ladite partie amont (32), au niveau de laquelle ladite section de passage (Si ù S8) s'élargit. 2. Culasse (20) selon la revendication précédente, dans laquelle ladite portion élargie (33A) s'étend sur une moitié amont du coude (33). 3. Culasse (20) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle il est prévu un guide de soupape (27) débouchant dans ledit conduit d'admission (30) et dans laquelle ladite portion élargie (33A) s'étend en aval dudit guide de soupape (27). 4. Culasse (20) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ladite portion élargie (33A) est formée par deux renfoncements (36, 37) de la surface intérieure (31), situés du côté extérieur dudit coude (33). 5. Culasse (20) selon la revendication précédente, comportant au moins une tête de cylindre (22) qui présente un contour circulaire (23) apte à être positionné dans le prolongement d'une face intérieure cylindrique (11A) d'un cylindre (11) du moteur à combustion interne (1) et qui comprend une ouverture décentrée (39) dans laquelle débouche ledit conduit d'admission (30), et dans laquelle le renfoncement (37) le plus proche du contour circulaire (23) de la tête de cylindre (22) présente une profondeur moins importante que l'autre renfoncement (36). 6. Culasse (20) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ladite partie amont (32) est sensiblement rectiligne. 7. Culasse (20) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ladite section de passage (S3 ù S8) se réduit progressivement dans ladite partie amont (32). 8. Culasse (20) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ladite partie amont (32) et lediit coude (33) sont brut de fonderie. 9. Culasse (20) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ladite partie aval (34) est usinée et forme un logement d'accueil (35) d'un siège de soupape. 10. Moteur à combustion interne (1) comportant un bloc-cylindres (6) pourvu d'au moins un cylindre (11), caractérisé en ce qu'il comporte une culasse (20) selon l'une des revendications précédentes, qui recouvre ledit bloc-cylindres (6).