Brevet FR3040430A1 — publié le 20170303

PROCÉDÉ DE MONTAGE D'UN ACTIONNEUR ÉLECTROMAGNÉTIQUE DE SOUPAPE ET D'UN CIRCUIT D'HUILE DE REFROIDISSEMENT [0001] L'invention a trait au domaine de l'automobile, et plus 5 précisément aux moteurs à combustion interne des véhicules automobiles. [0002] Un moteur à combustion interne comprend classiquement un bloc-cylindres muni d'au moins un cylindre comprenant une chemise dans laquelle un piston, de forme complémentaire à la chemise, est 10 mobile suivant un mouvement de translation, le long d'un bord de la chemise. Le piston oscille dans le cylindre entre une position extrême dite de point mort haut (PMH) et une position extrême dite de point mort bas (PMB). Une culasse, solidaire du cylindre, forme, avec la chemise et le piston, une chambre de combustion. 15 [0003] La chambre est alimentée, lors de chaque cycle (cycle à quatre temps défini par deux oscillations complètes du piston ou cycle à deux temps défini par une oscillation complète du piston), par un mélange comprenant de l'air et du carburant (mélange air/carburant). [0004] Chaque cycle comprend notamment une phase "d'injection" du 20 mélange air/carburant, dans la chambre de combustion, par une tubulure d'admission, en amont d'une phase "d'échappement" de la chambre de combustion, par une tubulure d'échappement, des gaz résultant d'une combustion du mélange air/carburant. [0005] Afin d'optimiser les performances du moteur, tant en termes 25 de puissance qu'en termes de consommation, les connexions entre chaque tubulure et la chambre de combustion sont contrôlées. Ainsi, la culasse comprend une soupape d'admission apte à obturer de façon étanche la tubulure d'admission et une soupape d'échappement apte à obturer de façon étanche la tubulure d'échappement. 30 [0006] Le document DE 100 09 299 décrit un moteur à combustion interne comprenant une culasse munie d'actionneurs électromagnétiques aptes à contrôler une ouverture ou une fermeture des soupapes. Les actionneurs électromagnétiques sont disposés dans un bac fermé par un couvercle. L'actionneur électromagnétique 35 comprend une armature solidaire de la culasse, définissant un circuit magnétique et englobant un équipage mobile solidaire de la soupape. 3040430 2 Le couvre-culasse comprend des ailettes permettant de refroidir par air les actionneurs électromagnétiques. [0007] Une telle culasse permet effectivement de contrôler l'ouverture ou la fermeture des soupapes. Cependant, le refroidissement par air des actionneurs électromagnétiques n'est pas apte à refroidir suffisamment les actionneurs pouvant effectuer jusqu'à 3000 mouvements par minute. De plus, une telle disposition des éléments ne permet pas une compacité optimale du moteur. [0008] Un premier objectif est de proposer une culasse comprenant un actionneur électromagnétique refroidi de manière hydraulique. [0009] Un deuxième objectif est de proposer un procédé d'assemblage de la culasse. [0010] Un troisième objectif est de proposer un moteur à combustion interne comprenant une telle culasse. [0011] A cet effet, il est proposé, en premier lieu, une culasse d'un moteur à combustion interne, comprenant : une partie basse ; au moins un bac surmontant la partie basse ; au moins un actionneur électromagnétique disposé dans le bac, muni : - d'une armature définissant un circuit magnétique, - d'un équipage mobile incluant : o une carcasse, et o au moins une bobine ; - une rampe électrique apte à alimenter la bobine ; une soupape munie d'une queue traversant la partie basse pour déboucher dans le bac et solidaire de la carcasse ; le bac comprenant une ouverture d'entrée fluidique, une ouverture de sortie fluidique et un circuit hydraulique qui relie l'ouverture d'entrée fluidique et l'ouverture de sortie fluidique. [0012] La culasse, apte à augmenter la compacité du moteur à combustion interne, permet d'optimiser le refroidissement le l'actionneur électromagnétique. [0013] Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison : 3040430 3 le circuit hydraulique comprend au moins un tuyau et une pompe ; la culasse comprend au moins un couvercle apte à fermer le bac. 5 [0014] Il est proposé, en deuxième lieu, un moteur à combustion interne comprenant un circuit de lubrification, caractérisé en ce qu'il comprend une culasse de l'invention dont le circuit hydraulique est relié au circuit de lubrification du moteur à combustion interne. [0015] Il est proposé, en troisième lieu, un véhicule automobile 10 comprenant un tel moteur à combustion interne. [0016] Il est proposé, en quatrième lieu, un procédé d'assemblage d'une culasse telle que présentée ci-dessus, ce procédé comprenant les opérations consistant à : introduire la queue de soupape dans la partie basse ; 15 poser au moins un joint inférieur sur la partie basse de telle sorte que la queue de soupape traverse le joint inférieur ; fixer le bac sur la partie basse, le joint inférieur assurant l'étanchéité entre la partie basse, le bac et la soupape ; fixer la carcasse de l'équipage mobile à la rampe électrique ; 20 fixer l'équipage mobile à la queue de soupape ; positionner l'armature dans le bac de manière à englober la carcasse ; relier l'ouverture d'entrée fluidique et l'ouverture de sortie fluidique au circuit hydraulique. 25 [0017] Selon diverses réalisations, le procédé présente les caractères suivants, le cas échéant combinés : le procédé comprend une opération consistant à fixer un capteur de position de l'équipage mobile, cette opération étant réalisée avant la fixation de la carcasse de l'équipage mobile à la rampe 30 électrique ; le procédé comprend une opération consistant à engager un ressort sur la queue de soupape, cette opération étant réalisée avant la fixation de l'équipage mobile à la queue de soupape ; le procédé comprend une opération consistant à engager un joint 35 conique sur la queue de soupape, cette opération étant réalisée avant d'engager la carcasse sur la queue de soupape ; 3040430 4 - le positionnement de l'armature dans le bac est réalisé après fixation de l'armature sur le couvercle. [0018] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement et de manière concrète à la lecture de la 5 description ci-après de modes de réalisation, laquelle est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne ; la figure 2 est une vue schématique en coupe d'une rangée d'une 10 culasse du moteur à combustion interne ; la figure 3 est une vue schématique en perspective d'une portion de la culasse pendant une première phase d'assemblage de la culasse ; la figure 4 est une vue schématique en perspective de la portion 15 de la culasse pendant une deuxième phase d'assemblage de la culasse ; la figure 5 est une vue schématique en perspective de la rangée de la culasse pendant une troisième phase d'assemblage de la culasse ; 20 - la figure 6 est une vue schématique en perspective de la culasse une fois assemblée. [0019] Sur la figure 1 est représenté un véhicule 1 automobile comprenant un moteur 2 à combustion interne. [0020] Le moteur 2 comprend un bloc-cylindres 3 surmonté d'une 25 culasse 4 munie d'une partie 5 basse apte à fermer le bloc-cylindres 3 de manière étanche. [0021] Pour plus de clarté, le bloc-cylindres 3 n'est pas représenté sur les figures 2 à 6. [0022] Comme représenté sur la figure 6, la culasse 4 est 30 sensiblement symétrique suivant un plan P définissant deux rangées 6 identiques. [0023] Chaque rangée 6 de la culasse 4 peut être subdivisée en trois portions 7 sensiblement identiques. [0024] La partie 5 basse de la culasse 4 comprend quatre trous 8 de 35 fixation. 3040430 5 [0025] Chaque portion 7 comprend deux trous 9 de passage communiquant avec une tubulure 10. Les tubulures 10 comprennent chacune deux logements 11 sensiblement centrés avec les trous 9 de passage. 5 [0026] Chaque portion 7 de la culasse 4 comprend deux soupapes 12 munies chacune d'une queue 13 de forme complémentaire à la forme du trou 9 de passage, mobile suivant un mouvement de translation dans le trou 9 de passage. La soupape 12 comprend, en un bout 14 conique, un filetage 15. La soupape 12 comprend une tête 16 apte à se loger dans 10 les logements 11 et obturer les tubulures 10. [0027] Chaque rangée 6 de la culasse 4 comprend un joint 17 inférieur muni de quatre orifices 18 de fixation. [0028] Chaque portion 7 du joint 17 inférieur comprend deux orifices 19 de passage, de forme complémentaire à la forme de la queue 13 de 15 soupape 12, aptes à être engagés sur les queues 13 des soupapes 12. [0029] Selon des modes de réalisation non représentés, les joints 17 inférieurs de chaque rangée 6 peuvent être unifiés en un unique joint 17 inférieur ou divisés en de multiples joints 17 inférieurs (par exemple, un joint 17 inférieur par queue 13 de soupape 12). 20 [0030] Chaque rangée 6 de la culasse 4 comprend un bac 20. [0031] Chaque portion 7 du bac 20 est munie de deux ouvertures 21 de passage, aptes à être engagées sur les queues 13 des soupapes 12 et est munie de deux plots 22 s'étendant dans une direction sensiblement parallèle à la direction des ouvertures 21 de passage. 25 [0032] Le bac 20 comprend quatre ouvertures 23 de fixation, quatre attaches 24 primaires et trois attaches 25 secondaires venues de matière avec le bac 20. Le bac 20 comprend également une ouverture 26 d'entrée fluidique et une ouverture 27 de sortie fluidique. [0033] Selon des modes de réalisation non représentés, les bacs 20, 30 de chaque rangée 6, peuvent être unifiés en un bac 20 unique. [0034] Chaque portion 7 de la culasse 4 est liée à un actionneur 28 électromagnétique comprenant une armature 29 définissant un circuit magnétique, deux équipages 30 mobiles et deux ressorts 31. [0035] L'armature 29 comprend un aimant 32 muni de deux perçages 35 33 fluidiques. L'armature 29 comprend une pièce 34 polaire supérieure et une pièce 35 polaire inférieure, ferromagnétiques, entre lesquelles l'aimant 32 est pris en sandwich. L'aimant 32, la pièce 34 polaire 3040430 6 supérieure et la pièce 35 polaire inférieure sont collés entre eux. L'armature 29 comprend deux noyaux 36 ferromagnétiques de forme sensiblement cylindrique définissant, avec la pièce 34 polaire supérieure et la pièce 35 polaire inférieure, un entrefer 37. Les noyaux 5 36 sont reliés par un chapeau 38 collé aux noyaux 36. La pièce 34 polaire supérieure et le chapeau 38 comprennent chacun deux perçages 39 d'accrochage. [0036] L'équipage 30 mobile comprend une carcasse 40 de forme sensiblement complémentaire à la forme de l'entrefer 37, dont une 10 extrémité 41 fermée est munie d'un perçage 42 de passage secondaire en son centre et de quatre perçages 43 de guidage secondaires, de forme sensiblement complémentaire à la forme des plots 22 du bac 20. La carcasse 40 est mobile suivant un mouvement de translation dans l'entrefer 37. La carcasse 40 comprend également deux bobines 44. 15 [0037] L'équipage 30 mobile comprend également un disque 45 de centrage, muni de quatre perçages 46 de guidage primaires, de forme sensiblement complémentaire à la forme des plots 22. Le disque 45 de centrage comprend une protubérance 47 de centrage, de forme sensiblement complémentaire à la forme du perçage 42 de passage 20 secondaire. Le disque 45 de centrage comprend, en son centre, un perçage 48 de passage primaire, de forme sensiblement complémentaire à la forme de la queue 13 de soupape 12. [0038] L'équipage 30 mobile comprend un joint 49 conique et un disque 50 de fixation muni de quatre perçages 51 de guidage tertiaires, 25 de forme sensiblement complémentaire à la forme des plots 22. Le disque 50 de fixation comprend, en son centre, un perçage 52 de passage tertiaire, de forme sensiblement complémentaire à la forme de la queue 13 de soupape 12. [0039] Chaque rangée 6 de la culasse 4 comprend une rampe 53 30 électrique, munie de trois lumières 54 aptes à être alignées avec les attaches 25 secondaires du bac 20. [0040] Chaque portion 7 de la rampe 53 électrique comprend également deux fixations 55 primaires et deux fixations 56 secondaires. [0041] La rampe 53 électrique comprend un fil 57 électrique, apte à 35 faire la liaison entre la rampe 53 électrique et un calculateur, non représenté sur les figures. 3040430 7 [0042] Chaque portion 7 de la culasse 4 comprend deux capteurs 58 de position, comprenant chacun une partie 59 mobile aptes à être solidaire d'une carcasse 40 et une partie 60 fixe apte à être solidaire d'une fixation 55 primaire de la rampe 53 électrique. 5 [0043] Chaque portion 7 de la culasse 4 comprend deux connecteurs 61, aptes à être chacun relié à une carcasse 40 et à une fixation 56 secondaire de la rampe 53 électrique. [0044] Chaque rangée 6 de la culasse 4 comprend un joint 62 supérieur et un couvercle 63 de forme complémentaire au bac 20. Le 10 joint 62 supérieur comprend quatre orifices 64 primaires, aptes à être alignées avec les attaches 24 primaires du bac 20. Le couvercle 63 comprend quatre ouvertures 65 primaires, aptes à être alignées avec les orifices 64 primaires. [0045] Chaque portion 7 du couvercle 63 comprend quatre ouvertures 15 66 d'accrochage, aptes à être alignées avec les perçages 39 d'accrochage de l'armature 29 de chaque portion 7 de la culasse 4. Le couvercle 63 comprend une ouverture 67 d'alimentation. [0046] Selon des modes de réalisation non représentés, les couvercles 63, de chaque rangée 6, peuvent être unifiés en un 20 couvercle 63 unique. [0047] Un procédé d'assemblage, illustré sur les figures 3 à 5, est identique pour chacune des portions 7 et pour chacune des rangées 6. [0048] Les trois portions 7 d'une même rangée 6 sont assemblées en même temps. Les deux rangées 6 de la culasse 4 peuvent être 25 assemblées en même temps ou l'une après l'autre. [0049] Comme représenté sur la figure 3, suivant le procédé d'assemblage de la culasse 4, les queues 13 de soupapes 12 sont introduites dans les trous 9 de passage de la partie 5 basse. Les soupapes 12 sont maintenues en position à l'aide d'un outil de maintien, 30 non représenté. [0050] Le joint 17 inférieur est posé sur la partie 5 basse, de telle sorte que les queues 13 de soupapes 12 soient introduites dans les orifices 19 de passage du joint 17 inférieur. [0051] Le bac 20 est centré sur les soupapes 12, de telle sorte que 35 les queues 13 traversent les ouvertures 21 de passage du bac 20. [0052] Le bac 20 est fixé sur la partie 5 basse, par le biais de quatre goujons 68 traversant les ouvertures 23 de fixation, les orifices 18 de 3040430 8 fixation du joint 17 inférieur et les trous 7 de fixation de la partie 5 basse. [0053] Le joint 17 inférieur permet ainsi d'étanchéifier, les uns par rapport aux autres, la partie 5 basse, les soupapes 12, le bac 20 et les 5 goujons 68 de la culasse 4. [0054] Selon un mode de réalisation représenté sur la figure 6, les goujons 68 sont aptes à fixer la culasse 4 sur le bloc-cylindres 3. [0055] Selon un mode de réalisation non représenté, les goujons 68 sont aptes à fixer uniquement le bac 20 sur la partie 5 basse et des vis 10 d'assemblages sont aptes à fixer la culasse 4 sur le bloc-cylindres 3. [0056] La partie 59 mobile des capteurs 58 de position est fixée aux carcasses 40. La partie 60 fixe des capteurs 58 de position est fixée à la fixation 55 primaire de la rampe 53 électrique. [0057] Les connecteurs 61 sont fixés à chacune des carcasses 40 et 15 à chacune des fixations 56 secondaires de la rampe 53 électrique. [0058] Comme illustré sur la figure 4, les ressorts 31 sont engagés autour des queues 13 de soupapes 12, de sorte à reposer sur le bac 20. [0059] Les joints 49 coniques sont engagés autour des queues 13 de soupapes 12, de sorte à être bloqués par le bout 14 conique des 20 soupapes 12. [0060] Les perçages 48 de passage primaires et les perçages 46 de guidage primaires des disques 45 de centrage sont respectivement engagés autour des queues 13 de soupapes 12 et des plots 22 du bac 20, de sorte que les perçages 48 de passage primaires soient emboîtés 25 sur les joints 49 coniques. [0061] Les perçages 42 de passage secondaires et les perçages 43 de guidage secondaires des carcasses 40 sont respectivement engagés autour des queues 13 de soupapes 12 et des plots 22, jusqu'au contact de l'extrémité 41 des carcasses 40 avec les disques 45 de centrage, de 30 sorte que les protubérances 47 de centrage soient emboîtées dans les perçages 42 de passage secondaires. [0062] Les perçages 52 de passage tertiaires et les perçages 51 de guidage tertiaires des disques 50 de fixation sont respectivement engagés autour des queues 13 de soupapes 12 et des plots 22 du bac 35 20, jusqu'au contact des disques 50 de fixation avec l'extrémité 41 de la carcasse 40. 3040430 9 [0063] Un écrou 69 est vissé sur le filetage 15 de la queue 13 de chaque soupape 12, permettant de solidariser les soupapes 12 avec les équipages 30 mobiles. [0064] Les ressorts 31 sont alors légèrement comprimés, éloignant 5 les équipages 30 mobiles du bac 20, de sorte que les têtes 16 des soupapes 12 soient logées dans les logements 11 et qu'elles obturent les tubulures 10 de la partie 5 basse de la culasse 4. [0065] Les lumières 54 de la rampe 53 électrique sont alignées avec les attaches 25 secondaires du bac 20. La rampe 53 électrique est fixée 10 sur le bac 20, par le biais de trois vis 70 secondaires traversant les lumières 54 et vissées dans les attaches 25 secondaires du bac 20. [0066] Comme illustré sur la figure 5, le joint 62 supérieur est posé sur le bac 20, de sorte que les orifices 64 primaires soient alignés avec les attaches 24 primaires du bac 20. 15 [0067] Les armatures 29, préalablement collées, sont fixées au couvercle 63, par le biais de douze vis 71 d'accrochage traversant les ouvertures 66 d'accrochage du couvercle 63 et vissées dans les perçages 39 d'accrochage de l'armature 29. [0068] Les trois armatures 29 de la rangée 6 sont ainsi alignées. 20 [0069] Le fil 57 électrique de la rampe 53 électrique est introduit dans l'ouverture 67 d'alimentation du couvercle 63. [0070] Le couvercle 63 est fixé sur le bac 20, par le biais de quatre vis 72 primaires traversant les ouvertures 65 primaires du couvercle 63, les orifices 64 primaires du joint 62 supérieur et vissées dans les 25 attaches 24 primaires du bac 20. [0071] Comme représenté sur la figure 6, une fois les deux rangées 6 de la culasse 4 assemblées, l'ouverture 26 d'entrée fluidique de chaque bac 20 est reliée à l'ouverture 27 de sortie fluidique de l'autre bac 20, par le biais d'un tuyau 73. Une pompe 74 est installée sur l'un des deux 30 tuyaux 73. [0072] La culasse 4 est apte à être montée, avant, pendant ou après son assemblage, dans un moteur 2 à combustion interne. [0073] Le fil 57 électrique de la rampe 53 électrique est connecté à un calculateur. 35 [0074] En fonctionnement, le calculateur envoie indépendamment un signal électrique à chaque équipage 30 mobile des actionneurs 28 3040430 10 électromagnétiques, par le biais de la rampe 53 électrique et du connecteur 61. [0075] Le signal électrique reçu par un équipage 30 mobile traverse les bobines 44 de cet équipage 30 mobile. 5 [0076] Les bobines 44 interagissent avec le circuit magnétique de leur armature 29 respective, visant à faire translater l'équipage 30 mobile dans l'entrefer 37 de l'armature 29. Ainsi, les soupapes 12 sont mobiles entre une position fermée, où la tête 16 obture les tubulures 10, et une position ouverte, où la tête 16 n'obture pas les tubulures 10. 10 [0077] L'équipage 30 mobile, apte à réaliser des mouvements rapides et répétés, doit être refroidi. Les bacs 20 sont donc aptes à contenir de l'huile circulant d'un bac 20 à l'autre suivant un circuit 75 hydraulique fermé, défini par les tuyaux 73 et mis en mouvement par la pompe 74. Le niveau d'huile dans les bacs 20 dépasse la position du 15 perçage 33 fluidique de l'armature 29 permettant à l'huile de pénétrer dans l'entrefer 37, de lubrifier et de refroidir l'équipage 30 mobile. [0078] Selon des modes de réalisation non représentés, la culasse 4 peut comprendre un circuit 75 hydraulique indépendant par bac 20. [0079] Le circuit 75 hydraulique de refroidissement des actionneurs 20 28 électromagnétiques peut également être relié au circuit de lubrification du moteur 2. Ce mode de réalisation permet de ne pas utiliser de pompe 74 pour le circuit 75 hydraulique. [0080] La culasse 4 permet ainsi d'optimiser le refroidissement des actionneurs électromagnétiques. 25 [0081] Le procédé d'assemblage de la culasse 4, apte à augmenter la compacité du moteur 2 à combustion interne, permet d'optimiser le fonctionnent de la culasse 4 et son temps d'assemblage. REVENDICATIONS1. Culasse (4) d'un moteur (2) à combustion interne, comprenant : une partie (5) basse ; au moins un bac (20) surmontant la partie (5) basse ; au moins un actionneur (28) électromagnétique disposé dans le bac (20), muni : - d'une armature (29) définissant un circuit magnétique, - d'un équipage (30) mobile incluant : o une carcasse (40), et o au moins une bobine (44) ; une rampe (53) électrique apte à alimenter la bobine (44) ; une soupape (12) munie d'une queue (13) traversant la partie (5) basse pour déboucher dans le bac (20) et solidaire de la carcasse (40) ; la culasse (4) étant caractérisée en ce que le bac (20) comprend une ouverture (26) d'entrée fluidique, une ouverture (27) de sortie fluidique et un circuit (75) hydraulique qui relie l'ouverture (26) d'entrée fluidique et l'ouverture (27) de sortie fluidique. 2. Culasse (4) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le circuit (75) hydraulique comprend au moins un tuyau (73) et une pompe (74). 3. Culasse (4) selon l'une quelconque des revendications 25 précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un couvercle (63) apte à fermer le bac (20). 4. Moteur (4) à combustion interne comprenant un circuit de lubrification, caractérisé en ce qu'il comprend une culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dont le circuit (75) hydraulique est 30 relié au circuit de lubrification du moteur (2) à combustion interne. 5. Véhicule (1) automobile comprenant un moteur (2) à combustion interne selon la revendication précédente. 6. Procédé d'assemblage de la culasse (4) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend 35 les opérations consistant à : - introduire la queue (13) de soupape (12) dans la partie (5) basse ; 3040430 12 poser au moins un joint (17) inférieur sur la partie (5) basse de telle sorte que la queue (13) de soupape (12) traverse le joint (17) inférieur ; fixer le bac (20) sur la partie (5) basse, le joint (17) inférieur 5 assurant l'étanchéité entre la partie (5) basse, le bac (20) et la soupape (12) ; fixer la carcasse (40) de l'équipage (30) mobile à la rampe (53) électrique ; fixer l'équipage (30) mobile à la queue (13) de soupape (12) ; 10 - positionner l'armature (29) dans le bac (20) de manière à englober la carcasse (40) ; relier l'ouverture (26) d'entrée fluidique et l'ouverture (27) de sortie fluidique au circuit (75) hydraulique. 7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce 15 qu'une opération consistant à fixer un capteur (58) de position de l'équipage (30) mobile est réalisée avant la fixation de la carcasse (40) de l'équipage (30) mobile à la rampe (53) électrique. 8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'une opération consistant à engager un ressort (31) sur la queue (13) 20 de soupape (12) est réalisée avant la fixation de l'équipage (30) mobile à la queue (13) de soupape (12). 9. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'une opération consistant à engager un joint (49) conique sur la queue (13) de soupape (12) est réalisée avant d'engager la carcasse (40) sur la queue (13) de soupape (12). 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le positionnement de l'armature (29) dans le bac (20) est réalisé après fixation de l'armature (29) sur le couvercle (63).