Brevet FR2940358A1 — publié le 20100625

i MOTEUR THERMIQUE EN V [0001] La présente invention concerne un moteur thermique en V notamment pour véhicule automobile. [0002] L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des moteurs thermiques en V à angle réduit. [0003] Dans un moteur thermique, les cylindres sont généralement alignés dans le bloc moteur selon une seule rangée, ou banc, du moins tant que leur nombre n'est pas trop élevé, inférieur ou égal à cinq par exemple. [0004] Dès que ce nombre atteint ou dépasse six, il peut y avoir avantage à les agencer différemment de manière à réduire l'encombrement du moteur dans le sens io de la longueur. Une disposition souvent adoptée pour rendre le moteur plus compact est de disposer les cylindres en alternance, autour d'un plan médian, le long de deux rangées parallèles, également appelées � bancs �. Avec six cylindres, on réalise ainsi deux bancs parallèles de trois cylindres décalés en quinconce. En général, les moteurs de ce type présentent deux culasses séparées, respectivement 15 associées à chacune des rangées de cylindres, les culasses présentant des faces en regard symétriques par rapport au plan médian. [0005] Dans le but de faire converger les axes des cylindres sur l'axe du vilebrequin, les fûts de ces cylindres à l'intérieur du bloc moteur sont inclinés les uns par rapport aux autres, les axes des fûts des cylindres d'un banc formant un angle a 20 donné avec les axes des fûts des cylindres de l'autre banc. On parle alors de cylindres � en V � pour ce type de moteur. Avec des architectures classiques à deux culasses, l'angle a du V peut varier entre 120° et 54°. [0006] L'avantage de cet agencement de réduire effectivement la longueur du bloc moteur est cependant contrebalancé par une augmentation de sa largeur puisque 25 les cylindres sont disposés substantiellement de part et d'autre du plan médian, contrairement au moteur à cylindres � en ligne � où les cylindres sont alignés sur le plan médian. Or, les contraintes réglementaires tant au niveau des chocs (chocs frontaux et chocs piéton notamment), au niveau du style (porte-à-faux du moteur réduit), ainsi qu'au niveau de la consommation, impliquant une réduction de la masse du moteur, sont de plus en plus sévères et réduisent la place disponible pour implanter le moteur. [0007] Aussi, dans un souci de satisfaire à ces contraintes, les constructeurs cherchent à limiter la largeur du moteur en rapprochant de plus en plus les bancs l'un de l'autre et donc à réduire l'angle du V, ce qui les conduit à ne réaliser qu'une seule culasse au lieu de deux affectées chacune à un banc de cylindres, dès que l'angle du V devient inférieur à environ 30°. io [0008] Dans un certain nombre de moteurs connus à cylindres en V réduit et à culasse unique, la commande des soupapes est le plus souvent effectuée par deux arbres à cames, l'un commandant toutes les soupapes d'admission des deux bancs, l'autre toutes les soupapes d'échappement des deux bancs. Cependant, on peut constater que, dans ce cas, les angles des soupapes d'un même type dans des 15 chambres de combustion de bancs différents ne sont pas les mêmes, de sorte que la géométrie fonctionnelle des chambres d'un banc à l'autre n'est pas identique, les chambres n'étant pas de ce point de vue symétriques par rapport au plan médian. Il en résulte que les chambres de combustion d'un banc ne fonctionnent pas de la même manière que les chambres de combustion de l'autre banc, en particulier sur le 20 plan de l'aérodynamique des flux gazeux en termes de remplissage, respiration, etc. Cette dissymétrie de fonctionnement entraîne des irrégularités de combustion et l'impossibilité d'optimiser les paramètres aérodynamiques. [0009 D'autre part, l'angle du V étant réduit, la position habituelle du vilebrequin dans le moteur, définie par la ligne d'intersection entre les axes des fûts de cylindres 25 des deux bancs, se trouve repoussée vers le bas du bloc moteur, ce qui augmente la hauteur totale du moteur. Pour compenser cette augmentation, certains constructeurs décident de placer le vilebrequin au-dessus de sa position idéale. Il en résulte un désaxage entraînant des pertes par frottement et une diminution globale du rendement mécanique du moteur. 30 [oo10] Le brevet américain n° 4,970,994 décrit un moteur en V à deux culasses séparées dont les faces en regard comportent des conduits de circulation de l'air d'admission dimensionnés de manière à pouvoir être imbriquées les uns dans les autres. Cependant, ces conduits s'étendent à partir des faces des culasses sur une longueur relativement importante, de sorte que les culasses sont maintenues à une distance trop grande pour permette une réduction sensible de l'angle du V entre les cylindres. [0011] D'autre part, on peut voir également sur ce document que le répartiteur d'admission et ses tubulures de sortie sont complètement déportés sur un même côté du moteur, ce qui a pour conséquence, d'une part, un encombrement important de l'ensemble du moteur et des organes d'admission et, d'autre part, une io dissymétrie dans les conditions aérodynamiques de circulation de l'air d'admission d'une culasse à une autre, responsable d'irrégularités de combustion dans les chambres. [0012] Aussi, un but de l'invention est de proposer un moteur thermique en V à deux culasses séparées, qui permettrait de réduire l'angle du V des bancs de 15 cylindres sans affecter la symétrie des chambres de combustion ni diminuer le rendement mécanique du moteur. [0013] Ce but est atteint, conformément à l'invention, grâce à un moteur thermique en V notamment pour véhicule automobile, comportant : une pluralité de cylindres disposés en alternance, autour d'un plan médian, le long de deux rangées parallèles 20 à une direction donnée, deux culasses respectivement associées auxdites rangées de cylindres, lesdites culasses présentant des faces en regard symétriques par rapport audit plan médian, des conduits de circulation de fluide disposés en alternance, autour du plan médian, sur lesdites faces en regard des culasses, les conduits de circulation d'une culasse étant aptes à être imbriqués entre les conduits 25 de circulation de l'autre culasse, remarquable en ce que lesdits conduits de circulation présentent des orifices de sortie immédiatement adjacents aux faces des culasses. [0014] Ainsi, comme on le verra en détail plus loin, les culasses du moteur en V conforme à l'invention peuvent être imbriquées l'une dans l'autre en rapprochant 30 leurs faces en regard par interpénétration des conduits de circulation jusqu'à des distances très courtes puisque les conduits eux-mêmes s'étendent hors des faces des culasses sur une faible longueur. Il en résulte une réduction possible de l'angle du V des bancs de cylindres à des valeurs de l'ordre de 40° (à � 5°). [0015] On peut observer que cet avantage est obtenu en conservant deux culasses indépendantes dont les chambres de combustion sont symétriques et fonctionnent de la même manière sur le plan aérodynamique. [0016] De plus, avec une telle conception, le vilebrequin peut être placé dans sa position idéale, à l'intersection des axes des fûts de cylindres, pour un meilleur rendement du moteur. [0017] Selon un mode de réalisation, le moteur selon l'invention comporte une enceinte reliée aux conduits de circulation de fluide, disposée symétriquement par rapport au plan médian à l'extérieur du volume défini par les faces en regard desdites culasses. [0018] Cette enceinte peut être un répartiteur d'admission, les conduits de circulation de fluide étant des conduits de circulation d'air d'admission, ou un collecteur d'échappement, les conduits de circulation de fluide étant des conduits de circulation de gaz d'échappement. [0019 Dans tous les cas, on observera que, contrairement au brevet américain précité, l'enceinte considérée occupe une position symétrique dans le moteur, et en particulier par rapport aux culasses. Les chambres de combustion peuvent donc de ce point de vue fonctionner de la même manière sur le plan aérodynamique, éliminant ainsi toute irrégularité de combustion. [0020 Avantageusement, lesdits orifices de sortie sont alignés parallèlement à la direction desdites rangées de cylindres. [0021] Cette disposition linéaire des orifices de sortie est préférable à celle montrée dans le brevet américain précité où les orifices de sortie des conduits d'admission sont agencés en quinconce. La réalisation de l'enceinte se trouve en effet grandement facilitée lorsque, comme le prévoit l'invention, ladite enceinte est reliée auxdits conduits de circulation par des tubulures emmanchées dans les conduits. [0022] En particulier, lesdits conduits de circulation comportent des joints d'étanchéité souples entre lesdites tubulures et les conduits. On peut ainsi non seulement assurer l'étanchéité de la circulation du fluide, mais également compenser un alignement non parfait des orifices de sortie des conduits. [0023] Enfin, de manière pratique, il est prévu par l'invention que les conduits de circulation de fluide sont réalisés par fonderie avec lesdites culasses. [0024] La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. io La figure 1 est une vue en perspective d'une culasse d'un moteur thermique en V conforme à l'invention. • La figure 2 est une vue en perspective d'un ensemble des deux culasses d'un moteur thermique en V conforme à l'invention. • La figure 3a est une vue en perspective d'un moteur thermique en V conforme à 15 l'invention équipé d'un répartiteur d'admission. • La figure 3b est une vue de face du moteur de la figure 3a. • La figure 3c est une vue de côté du moteur de la figure 3a. • La figure 4 est une vue de détail de la figure 3c. [0025] Sur les figures 3a et 3b est montré un moteur thermique en V pour véhicule 20 automobile. [0026] Selon la technique habituelle des moteurs en V, les cylindres de ce moteur, au nombre de six, sont disposés en alternance autour d'un plan médian PM, le long de deux bancs parallèles à une direction D donnée, telle qu'indiquée sur la figure 3a. 25 [0027] Les cylindres du moteur ne sont pas explicitement représentés sur les figures 3a et 3b. On a seulement montré les axes A, des trois fûts d'un premier banc de cylindres implantés dans le bloc moteur 10, et les axes A2 des trois fûts du deuxième banc de cylindres. L'angle a entre les axes A, et A2 est typiquement de l'ordre de 40°. [0028] Le moteur des figures 3a et 3b comporte deux culasses indépendantes symétriques 201, 202, associées respectivement à chacun des bancs de cylindres. Comme le montre plus particulièrement la figure 3b, les culasses 201 et 202 présentent des faces 211 et 212 disposées en regard l'une de l'autre symétriquement par rapport au plan médian PM. Dans le mode de réalisation des figures 3a et 3b, les faces 211 et 212 sont parallèles au plan médian PM. [0029] Enfin, chaque culasse, désignée par la référence générique 20 sur la figure io 1, comporte trois conduits 22 de circulation de fluide communiquant à travers la face 21 avec les chambres de combustion correspondantes à l'intérieur de la culasse 20. Ces conduits sont par exemple des conduits destinés à la circulation de l'air d'admission depuis un répartiteur d'admission vers les chambres de combustion. [0030] On peut voir sur la figure 2 que les conduits de circulation 221, 222 des 15 culasses 201, 202 sont agencés de manière à pouvoir être imbriqués les uns dans les autres, permettant ainsi de rapprocher les culasses au plus près en réduisant au minimum l'espace séparant les faces 211, 212 en regard. L'angle a du V du moteur peut donc être diminué jusqu'à environ 40°, tout en conservant la symétrie des culasses et sans désaxage en hauteur du vilebrequin. 20 [0031] La figure 1 montre que l'imbrication des conduits est obtenue du fait que l'intervalle entre deux conduits 22 consécutifs d'une culasse 20 est au moins égal à la largeur des conduits prise dans la direction D' parallèle à la direction D donnée des bancs de cylindres. De plus, il est possible de rapprocher au maximum les culasses si, comme le montre bien la figure 1, les conduits 22 présentent des 25 orifices 23 de sortie immédiatement adjacents à la face 21 de la culasse. En d'autres termes, les conduits 22 s'étendent parallèlement à la face 21 dès leur sortie de la culasse 20, alors que dans le brevet américain n° 4,970,994 ils s'en étendent perpendiculairement, limitant ainsi les possibilités de rapprochement des deux culasses. [0032] Les conduits 22 de circulation peuvent être réalisés par fonderie avec la culasse 20. [0033] Sur la figure 2, les culasses 201 et 202 sont imbriquées de sorte que les orifices 231, 232 de sortie de l'ensemble des conduits 221, 222 des culasses 201, 202 sont alignées parallèlement à la direction D'. [0034] Cette configuration avantageuse permet de faciliter l'installation dans le moteur d'une enceinte, telle qu'un répartiteur d'admission par exemple. Une enceinte 30 de ce type est représentée sur les figures 3a et 3b. [0035] On peut voir sur ces figures que l'enceinte 30 est placée à l'extérieur du io volume défini par les faces 211, 212 en regard des culasses 201, 202, mais symétriquement par rapport au plan médian PM, l'enceinte 30 étant reliée aux conduits 221, 222 par des tubulures 31 parallèles, situées dans le plan médian PM. Cette disposition de l'enceinte 30 conserve donc la symétrie globale des culasses, contrairement au brevet américain précité. Les conditions aérodynamiques de 15 circulation du fluide, air d'admission ou gaz d'échappement, sont identiques pour les chambres de combustion des deux culasses, ce qui élimine les irrégularités de fonctionnement entre les culasses. [0036] Les figures 3c et 4 montrent plus particulièrement un exemple de réalisation dans lequel les six tubulures 31 de l'enceinte 30 sont emmanchées dans les 20 conduits 221, 222. Sur la figure 4, on peut voir que l'étanchéité entre une tubulure et un conduit est assurée radialement par un joint torique 32, en élastomère par exemple, présentant une élasticité suffisante, apte à tolérer un alignement non parfait entre les six conduits. 25 REVENDICATIONS1. Moteur thermique en V, comportant : une pluralité de cylindres disposés en alternance, autour d'un plan médian (PM), le long de deux rangées parallèles à une direction (D) donnée, deux culasses (201, 202) respectivement associées auxdites rangées de cylindres, lesdites culasses présentant des faces (211, 212) en regard symétriques par rapport audit plan médian (PM), des conduits (221, 222) de circulation de fluide disposés en alternance, autour du plan médian (PM), sur lesdites faces (211, 212) en regard des culasses (201, 202), les conduits de circulation d'une culasse étant aptes à être imbriqués entre les conduits de io circulation de l'autre culasse, caractérisé en ce que lesdits conduits (221, 222) de circulation présentent des orifices (231, 232) de sortie immédiatement adjacents aux faces (211, 212) des culasses. 2. Moteur selon la revendication 1, dans lequel lesdits orifices (231, 232) de sortie sont alignés parallèlement à la direction (D) desdites rangées de cylindres. 15 3. Moteur selon l'une des revendications 1 ou 2, comportant une enceinte (30) reliée aux conduits (221, 222) de circulation de fluide, disposée symétriquement par rapport au plan médian (PM) à l'extérieur du volume défini par les faces (211, 212) en regard desdites culasses. 4. Moteur selon la revendication 3, dans lequel ladite enceinte (30) est reliée auxdits 20 conduits (221, 222) de circulation par des tubulures (31) emmanchées dans les conduits. 5. Moteur selon la revendication 4, dans lequel lesdits conduits (221, 222) de circulation comportent des joints (32) d'étanchéité souples entre lesdites tubulures (31) et les conduits. 25 6. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel lesdits conduits (221, 222) de circulation de fluide sont des conduits de circulation d'air d'admission. 7. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel lesdits conduits (221, 222) de circulation de fluide sont des conduits de circulation de gaz d'échappement. 8. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les conduits 5 (221, 222) de circulation de fluide sont réalisés par fonderie avec lesdites culasses (201, 202). 9. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l'angle a formé par les culasses (201, 202) est d'environ 40°. i0