Brevet FR3056638A1 — publié le 20180330

MOTEUR A COMBUSTION INTERNE EQUIPE D'UN SYSTEME D'INJECTION D'AIR A L'ECHAPPEMENT Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un moteur combustion interne d'un véhicule automobile. Plus particulièrement, l'invention concerne un système d'injection d'air à un conduit d'échappement du moteur. Etat de la technique Dans certains pays ou régions, notamment en Europe, il est devenu obligatoire d'équiper les véhicules automobiles des systèmes d'échappement visant à réduire les rejets dans l'atmosphère des polluants contenus dans les gaz de combustion émis par le moteur du véhicule. De manière générale, le système d'échappement comprend un collecteur d'échappement qui est relié à une sortie d'échappement d'un cylindre-moteur pour en recevoir des gaz d'échappement, et un pot catalytique permettant, par des réactions d'oxydation ou de réduction, de réduire la quantité des gaz nocifs. Il est connu d'injecter de l'air, notamment de l'oxygène, dans le conduit d'échappement en amont du pot catalytique. Cette addition d'air permet d'engendrer une postcombustion des gaz d'échappement à l'endroit où l'air est introduit. La quantité de l'oxyde de carbone et des hydrocarbures est ainsi réduite. En outre, dans le cas d'un démarrage à froid du moteur, la postcombustion a pour effet de chauffer les gaz d'échappement et donc d'accélérer le chauffage du catalyseur pour qu'il atteigne sa pleine capacité. Pour ce faire, le système d'échappement comprend, en amont du catalyseur, un système d'injection d'air. Ce système d'injection d'air qui introduit de l'air dans le collecteur d'échappement via au moins un orifice percé au niveau de la bride dudit collecteur. Un tel système d'injection d'air est décrit dans le document EP2016261. 3056638 2 Cependant, ce système d'injection d'air présente un grand inconvénient lorsque le collecteur d'échappement est intégré dans la culasse du moteur. En effet, il est difficile de trouver une position de sortie des orifices en face 5 d'échappement du moteur permettant une alimentation en air de l'ensemble des conduits. Il faut envisager de modifier davantage la structure de la culasse pour pouvoir relier le tuyau d'air de l'extérieur du moteur à l'orifice, qui se trouve désormais à l'intérieur de la culasse. 10 Objectifs de l'invention L'invention propose une solution visant à pallier les inconvénients précités. Un objectif de l'invention est de proposer un moteur comprenant un système d'injection d'air dont l'intégration 15 audit moteur n'engendre pas beaucoup de modification de la culasse et permet de préserver l'interface entre la face échappement et le pot catalytique dans le cas où le collecteur d'échappement n'est installé dans le moteur. Un autre objectif de l'invention est de proposer un 20 moteur équipé d'un système d'injection d'air simple à installer, même dans le cas d'un collecteur d'échappement intégré dans la culasse, sans nécessiter de pièces supplémentaires. Description générale de l'invention Avec ces objectifs en vue, l'invention propose un moteur 25 à combustion interne comprenant un carter cylindre comportant au moins un cylindre, une culasse comportant au moins un conduit d'échappement communiquant avec le cylindre. Selon l'invention, le moteur comprend un système 30 d'injection d'air à l'échappement comportant au moins un conduit d'air et au moins un orifice pratiqué dans la culasse, le conduit d'air comportant une sortie d'air disposée en vis-à-vis de l'orifice, ledit orifice débouchant dans le conduit 3056638 3 d'échappement de la culasse. Ainsi, l'air, en circulant dans le conduit d'air, rentre dans le conduit d'échappement à travers l'orifice pratiqué dans la culasse. L'air se mélange donc avec les gaz d'échappement dans le conduit d'échappement et produit 5 des réactions exothermiques. Ce phénomène permet de réduire la quantité de l'oxyde de carbone et des hydrocarbures et de chauffer les gaz d'échappement afin d'améliorer le fonctionnement du catalyseur. Par ailleurs, l'orifice, étant réalisé dans la culasse, 10 permet de préserver l'interface entre le collecteur d'échappement et le pot catalytique. Puisqu'il s'agit d'un simple trou dans la culasse, la structure de cette dernière n'est pas beaucoup affectée. A titre d'exemple, le trou dans la culasse peut être réalisé par usinage, notamment par perçage. 15 En variantes, le trou peut être brut de fonderie. De plus, le conduit d'air présenté dans l'invention est facile à réaliser. Ainsi, le système d'injection d'air comprenant le conduit d'air et l'orifice selon l'invention est simple à installer. En outre, un tel système est compatible 20 avec un moteur avec ou sans collecteur d'échappement intégré dans la culasse. Le moteur selon l'invention peut optionnellement comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : le conduit d'air est venu de matière avec le carter 25 cylindre ; autrement dit, le conduit d'air est intégré au carter cylindre ; ainsi, nous n'avons pas besoin de pièces ou de moyens supplémentaires pour fixer le conduit d'air au carter cylindre ; le conduit d'air intégré au carter cylindre est réalisable par de différents procédés d'obtention, par exemple par un procédé 30 de moulage en sable, par usinage ou par injection. alternativement, le conduit d'air comprend une première partie reliée au carter cylindre et une deuxième partie reliée à la culasse ; lorsque la culasse est montée sur le 3056638 4 carter cylindre, les première et deuxième partie du conduit d'air sont assemblées de manière à former un tunnel fermé dans lequel l'air circule ; - le conduit d'air est obtenu par enlèvement de 5 matière du carter cylindre ; - selon l'alinéa précédent, le conduit d'air est obtenu par la formation d'une rainure à la surface supérieure du carter cylindre en regard avec la culasse ; - un joint est interposé entre la culasse d'une part, 10 le conduit d'air et le carter cylindre d'autre part pour réaliser l'étanchéité du conduit d'air ; à titre d'exemple, ce joint peut être le joint de culasse ; - une entrée d'air du conduit d'air est connectée à un système d'alimentation d'air ; 15 - le moteur comporte plusieurs cylindres dont chacun communique avec au moins un conduit d'échappement via une sortie d'échappement et la culasse comprend un orifice par conduit d'échappement; ainsi, la postcombustion des gaz d'échappement est produit dans tous les conduits 20 d'échappement ; - selon l'alinéa précédent, chaque cylindre communique avec deux conduits d'échappement débouchant sur le même côté de la culasse ; - les orifices sont pratiqués au niveau d'une paroi 25 inférieure de la culasse ; dans un exemple de réalisation, les orifices sont alignés. - le conduit d'air est unique et agencé de manière à desservir tous les orifices; ainsi, il suffit d'un seul conduit d'air pour alimenter en air tous les conduits d'échappement ; 30 le système d'injection d'air à l'échappement a donc une structure compacte qui occupe peu de place dans le compartiment du moteur. 3056638 5 L'invention concerne également un véhicule automobile comprenant un moteur selon l'invention. Liste des figures D'autres caractéristiques et avantages innovants 5 ressortiront de la description ci-après, fournie à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 représente une vue en perspective d'un moteur selon un mode de réalisation de l'invention ; 10 La figure 2 représente une vue de détail A d'un système d'injection d'air du moteur de la figure 1 ; La figure 3 représente une vue en perspective et de dessus d'un carter cylindre du moteur de la figure 1 ; La figure 4 représente une vue en perspective et de 15 dessous d'une culasse du moteur de la figure 1 ; La figure 5 représente une vue de détail et de dessus du carter cylindre de la figure 3. A noter que les figures 1 à 5 représentent un exemple de réalisation de l'invention dans lequel le conduit d'air du 20 système d'injection d'air à l'échappement est intégré au carter cylindre. L'exemple dans lequel le conduit d'air est installé à moitié sur le carter cylindre et à moitié sur la culasse n'est pas illustré. 25 Description générale de l'invention En référence à la figure 1, il est représenté schématiquement un moteur 1 à combustion interne comprend une 30 culasse 3 et un carter cylindre 2 qui englobe des cylindres de combustion 21, 22 et 23. Le moteur 1 est de préférence de type allumage commandé, autrement appelé moteur à essence. Dans un 3056638 6 autre mode de réalisation, le moteur 1 peut être de type d'allumage par compression, autrement appelé moteur Diesel. La figure 1 ou la figure 3 définit la position dans l'espace du moteur 1 pour toute la description et les 5 revendications. Le moteur à combustion interne est orienté selon trois vecteurs orthogonaux X, Y et Z. Le vecteur X s'étend selon une direction longitudinale du moteur, le vecteur Y s'étend selon une direction transversale du moteur et le vecteur Z s'étend selon une direction verticale pointant de bas en haut 10 de la figure 1. Le moteur 1 est disposé transversalement dans le compartiment moteur d'un véhicule de manière que le vecteur X soit perpendiculaire à la direction longitudinale du véhicule et que le vecteur Y soit parallèle à cette même direction. 15 Sauf indications contraires, les termes « inférieur », « supérieur » ou « haut » et « bas » ou « dessus », « dessous » sont définis par rapport au vecteur Z et le terme « latéral » est défini par rapport au vecteur Y Un système d'injection d'air 4 est installé sur une 20 première face latérale du moteur. Ici, la première face latérale du moteur est une face d'échappement 24. Nous entendons par « face d'échappement » du moteur la face par laquelle débouche vers l'extérieur un collecteur d'échappement dans le cas où celui-ci est intégré dans la culasse. 25 En référence de la figure 2, le système d'injection d'air 4 comprend un conduit d'air 41 intégré au carter cylindre 2. Le conduit d'air 41 est relié à une bride de fixation 43 de manière à ce que l'entrée d'air du conduit 41 soit connectée à un système d'alimentation d'air sous pression, par exemple par 30 l'intermédiaire d'un tuyau d'air (non représenté) fixé à la bride de fixation 43. Le système d'alimentation d'air sous pression peut comprendre une pompe ou un compresseur. De cette manière, l'air peut circuler du tuyau à l'intérieur du conduit 3056638 7 d'air 41. Dans un mode de réalisation préféré, le conduit d'air 41 et la bride de fixation 43 sont réalisés en un seul bloc avec le carter cylindre 2. Un tel carter cylindre 2 peut être obtenu par un procédé de moulage en sable ou en sous-pression. 5 Tel qu'il est illustré sur les figures 3 et 4, le moteur 1 comprend trois cylindres identiques 21, 22 et 23. Chacun des cylindres communique avec deux conduits d'échappement 31 ,32 ou 33, 34 ou 35, 36 débouchant sur la face d'échappement 24 de la culasse 3. 10 Le conduit d'air 41, relié au carter cylindre 2, comprend une sortie d'air 411 orientée vers le haut. En d'autres termes, la partie supérieure du conduit d'air 41 est ouverte, ce qui permet à l'air de remonter vers la culasse 3. Des orifices 42 sont disposés en face de la sortie 411 15 du conduit d'air 41. Ces orifices 42 sont réalisés à la paroi inférieure 37 de la culasse 3 et ils traversent l'épaisseur de cette paroi afin de déboucher dans les conduits d'échappement 31, 32, 33, 34, 35 et 36. Dans cet exemple, six orifices 421, 422, 423, 424, 425 et 426 sont percés à la paroi inférieure 37 20 de la culasse 3. Ainsi, l'air venant du conduit d'air 41 peut remonter dans tous les conduits d'échappement 31, 32, 33, 34, 35 et 36. L'injection de l'air dans les conduits d'échappement crée donc la postcombustion des gaz d'échappement, ce qui réduire la quantité du monoxyde de carbone et des hydrocarbures, 25 donc moins de polluants rejetés dans l'environnement. Les orifices 42 sont alignés selon la direction longitudinale du moteur 1. Afin de desservir de l'air dans tous les orifices, dans l'exemple illustré notamment aux figures 3 et 5, le conduit d'air 41 s'étend selon le vecteur X de manière 30 que la sortie d'air 411 se trouve face à tous les orifices 42. En d'autres termes, le conduit d'air 41 est aligné avec des orifices 42. 3056638 8 Tel qu'illustré à la figure 4, un joint culasse 5 est interposé entre la culasse 3 d'une part, le conduit d'air 41 et le carter cylindre 2 d'autre part en laissant découverts les orifices 42. Un joint est disposé entre le carter cylindre 2 et 5 la culasse 3 à l'endroit où est installé le système d'injection d'air 4 pour assurer l'étanchéité de la circulation d'air. Dans l'exemple illustré, ce joint fait partie du joint de culasse. Dans un autre exemple de réalisation, le joint assurant l'étanchéité de circulation d'air dans le conduit d'air est une 10 pièce séparée du joint de culasse et interposé entre le carter cylindre et la culasse. Le circuit du flux d'air est illustré à la figure 5. Dans un premier temps, de l'air circule selon la première flèche Fl dans le conduit d'air 41 via le tuyau d'air fixé à la bride 15 de fixation 43. Une fois arrivé à l'intérieur du conduit d'air 41, l'air y circule dans la direction longitudinale du moteur selon la deuxième flèche F2 pour après remonter dans les conduits d'échappement. Bien entendu, il est possible d'apporter à l'invention 20 de nombreuses modifications sans pour autant sortir du cadre de celle-ci. REVENDICATIONS1. Moteur (1) à combustion interne comprenant un carter cylindre (2) comportant au moins un cylindre, une culasse (3) comportant au moins un conduit d'échappement (31, 32, 33, 34, 35, 36) communiquant avec le cylindre, ledit moteur étant caractérisé en ce qu'il comprend un système d'injection d'air à l'échappement (4) comportant au moins un conduit d'air (41) et au moins un orifice (42, 421, 422, 423, 424, 425, 426) pratiqué dans la culasse (3), le conduit d'air (41) comportant une sortie d'air (411) disposée en vis-à-vis de l'orifice (42, 421, 422, 423, 424, 425, 426), ledit orifice (42, 421, 422, 423, 424, 425, 426) débouchant dans le conduit d'échappement (31, 32, 33, 34, 35, 36) de la culasse (3). 2. Moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le conduit d'air (41) est venu de matière avec le carter 20 cylindre (2). 3. Moteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le conduit d'air (41) est obtenu par enlèvement de matière du carter cylindre (2). 4. Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce 25 que le conduit d'air (41) est obtenu par la formation d'une rainure à la surface supérieure du carter cylindre (2) en regard avec la culasse (3). 5. Moteur selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'un joint (5) est interposé entre la culasse 30 (3) d'une part, le conduit d'air (41) et le carter cylindre (2) d'autre part. 3056638 10 6. Moteur selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'une entrée d'air du conduit d'air (41) est reliée à un système d'alimentation d'air. 7. Moteur selon l'une des revendications précédentes 5 caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs cylindres (21, 22, 23) dont chacun communique avec au moins un conduit d'échappement (31, 32, 33, 34, 35, 36), et en ce que la culasse comprend un orifice (42, 421, 422, 423, 424, 425, 426) par conduit d'échappement. 10 8. Moteur selon la revendication 7 caractérisé en ce que les orifices (42, 421, 422, 423, 424, 425, 426) sont pratiqués au niveau d'une paroi inférieure (37) de la culasse (3). 9. Moteur selon l'une des revendications 7 à 8 15 caractérisé en ce que le conduit d'air (41) est unique et agencé de manière à desservir tous les orifices (42, 421, 422, 423, 424, 425, 426). 10. Véhicule automobile comprenant un moteur selon l'une des revendications précédentes. 20