Brevet FR3052500A1 — publié le 20171215

CULASSE DE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention se rapporte à une culasse de moteur à combustion interne munie d'une conduite interne de boucle de recirculation. Les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne équipant la plupart des véhicules automobiles contiennent un certain nombre de polluants dont il est souhaitable de réduire les rejets dans l'atmosphère (notamment des oxydes d'azote, du monoxyde de carbone, des hydrocarbures imbrûlés, des particules et du dioxyde de carbone). Les réglementations applicables en matière de pollution par des véhicules automobiles abaissent régulièrement les plafonds de rejets acceptables. Une grande partie des polluants générés par un moteur à combustion interne est due à une combustion incomplète du carburant. Pour réduire les rejets de polluants pénétrant dans la ligne d'échappement, il est connu d'utiliser un système dit EGR (acronyme pour "Exhaust Gas Recirculation") permettant de faire re-circuler une partie des gaz d'échappement vers la conduite d'admission du moteur à combustion interne. Pour réduire l'encombrement lié à l'insertion de la boucle de recirculation des gaz d'échappement dans le moteur, il est connu par exemple du document FR2979953 qu'une partie de la boucle de recirculation traverse la culasse. Les gaz recirculés sont refroidis par échanges avec l'eau de refroidissement de la culasse. La diminution de température est modérée. II est connu également de refroidir les gaz recirculés dans un échangeur externe à la culasse afin de maitriser la température des gaz à l'admission pour permettre un fonctionnement moteur robuste. Une réduction de la taille de cet échangeur peut être bénéfique pour en réduire le coût et améliorer l'intégration véhicule, cependant ce faisant la capacité à refroidir les gaz recirculés peut devenir insuffisante. Par conséquent, le problème à la base de l'invention est de trouver une solution qui autorise une réduction de la taille de cet échangeur externe tout en gardant la capacité à refroidir suffisamment les gaz recirculés. Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention une culasse de moteur à combustion interne munie d'une conduite interne pour une ligne de recirculation de gaz d'échappement, caractérisée en ce que la conduite comprend un élément formant une 3052500 2 rampe en saillie dans la conduite. Cet élément est agencé de sorte à créer un saut de section dans la conduite, ce qui génère zone de recirculation, autrement dit une turbulence qui améliore localement les échanges thermiques. 5 Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaisons : Dans une variante, l'élément est incliné en direction du côté aval de la direction prévue d'écoulement des gaz d'échappement, ce qui permet d'accélérer le flux avant le saut de 10 section. Dans une variante, l'élément en saillie obstrue entre 15 et 50% de la section transversale de la conduite, au niveau du saut de section. 15 Dans une variante, la culasse comprend plusieurs éléments en saillie disposés en quinconce relativement à l'axe longitudinal de la conduite, ce qui permet de créer de doubles déformations de flux et améliorer encore les échanges. Dans une variante, l'élément en saillie est moulé d'une seule pièce avec la culasse, pour 20 en faciliter la réalisation. Dans une variante, la culasse est en alliage d'aluminium obtenue par un procédé de moulage à modèle perdu ou de fonderie par gravité, encore pour en faciliter la réalisation. 25 Dans une variante, l'élément en saillie est mobile en rotation autour d'un axe tangent à la conduite, ce qui permet de piloter l'intensité de la perturbation et donc d'agir sur les l'intensité des échanges thermiques. Dans une variante, l'élément en saillie est une membrane élastique. 30 Dans une variante, la conduite présente des ondulations, ce qui permet d'allonger I temps de résidence des gaz dans la conduite. L'invention a aussi pour objet un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il 35 comporte une culasse selon l'une quelconque des variantes précédemment décrite. 3052500 3 L'effet technique est d'améliorer l'efficacité de refroidissement des gaz pendant leur traversée dans la culasse. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après 5 d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : - La figure 1 est une représentation schématique d'une architecture moteur comprenant un circuit de recirculation des gaz brûlés. 10 - La figure 2 est une représentation schématique en coupe longitudinal d'une culasse de l'invention selon un premier mode de réalisation. -La figure 3 est une coupe transversale de la conduite selon le plan A-A défini en figure 2. -La figure 4 est une représentation schématique partielle en coupe longitudinal d'une culasse de l'invention selon un autre mode de réalisation. 15 -La figure 5 est une représentation schématique partielle en coupe longitudinal d'une culasse de l'invention selon un autre mode de réalisation. -La figure 6 est une représentation schématique partielle en coupe longitudinal d'une culasse de l'invention selon un autre mode de réalisation. 20 La figure 1 présente un ensemble moteur comprenant un moteur à combustion interne 1 qui peut être un moteur à allumage commandé ou à allumage par compression. Le moteur peut comprendre plusieurs cylindres 2, par exemple ici trois cylindres. 25 Le moteur 1 à combustion interne est relié à une ligne d'échappement 3 pour l'évacuation des gaz d'échappement. La ligne d'échappement 3 peut comprendre un collecteur 4 de gaz d'échappement et au moins un organe 5 de dépollution des gaz d'échappement tel qu'un catalyseur, un filtre à particules. 30 Le moteur 1 est également relié à une ligne 6 d'admission d'air. Cette ligne 6 d'admission d'air peut comprendre un filtre 7 à air, une vanne 8 de dosage d'air et un 9 répartiteur d'air d'admission dans les cylindres 2. Le moteur 1 peut être encore équipé d'un turbocompresseur 10 dont la partie 35 compresseur 10a est disposée dans la ligne d'admission 6 et la partie turbine 10b est disposée dans la ligne d'échappement 3. Dans ce cas, On peut prévoir un refroidisseur 11 pour l'air comprimée par le turbocompresseur 10. 3052500 4 L'ensemble moteur comprend une ligne 12 de recirculation des gaz d'échappement s'étendant entre un piquage A sur la ligne d'échappement 3 et un piquage B sur la ligne d'admission 6. Le piquage A est réalisé en amont de la turbine 10b, l'amont et l'aval étant 5 définis dans la ligne d'échappement 3 relativement au sens d'écoulement des gaz d'échappement. Le piquage B sur la ligne d'admission 6 est réalisé en aval du compresseur 10a, l'amont et l'aval étant définis dans la ligne d'admission 6 relativement au sens d'écoulement de l'air. 10 La ligne 12 de recirculation des gaz d'échappement comprend une conduite 13 interne à la culasse du moteur 1. Une vanne 14 de dosage de la quantité de gaz d'échappement à recirculer est disposée à la sortie de la conduite 13. En aval de cette vanne 14, l'amont et l'aval étant définis dans la ligne 12 de recirculation relativement au sens d'écoulement des gaz d'échappement qui y circulent, la ligne 12 de recirculation comprend un échangeur 15 15 destiné à refroidir ces gaz d'échappement avant leur réintroduction à l'admission. Un tel ensemble moteur peut équiper un véhicule, par exemple un véhicule automobile pour permettre un déplacement de celui-ci. 20 La figure 2 présente un premier mode de réalisation de l'invention d'une culasse 16 comprenant la conduite 13 interne pour la ligne 12 de recirculation de gaz d'échappement. Dans ce mode de réalisation, la conduite 13 interne comprend un élément 17 en saillie. Cet élément 17 en saillie est conformé de sorte à générer une zone 18 tourbillonnaire de gaz d'échappement directement en aval de l'élément 17. La conduite 25 13 comprend une paroi externe 19 destinée à être au contact du liquide de refroidissement du moteur. La présence de cet élément 17 permet de réduire la vitesse des gaz d'échappement afin qu'ils puissent échanger plus longtemps avec le liquide de refroidissement. L'élément 17 forme une rampe inclinée en direction du côté aval de la direction prévue d'écoulement des gaz d'échappement dans la ligne 12 de recirculation de gaz d'échappement. La rampe permet de former un saut de section ce qui crée au-delà duquel se forme la zone tourbillonnaire 18. 30 35 Comme illustré sur la figure 3, l'élément 17 obture une partie de la section transversale de la conduite 13. Avantageusement il est prévu que l'élément 17 obture entre 15 et 50 % de 3052500 5 la section de la conduite 13 pour créer une perturbation suffisamment importante pour augmenter les échanges thermiques, sans trop pénaliser les pertes de charge. Afin d'augmenter encore les échanges de refroidissement entre les gaz d'échappement et 5 le liquide de refroidissement, on peut également prévoir plusieurs éléments en saillie, ici, comme illustrée en figure 2 un deuxième élément 17' est disposé dans la conduite 13, en quinconce relativement à l'axe longitudinal de la conduite 13, ce qui créée une double déformation du flux de gaz d'échappement. 10 Afin de faciliter la réalisation du ou des éléments en saillie 17, 17', il est prévu de les obtenir venu de matière avec la culasse 16, autrement dit en une seule pièce obtenue par moulage. Le procédé de moulage de la culasse 16 peut être du moulage par modèle perdu ou du moulage par gravité, le premier étant plus rapide que le second, mais le second permettant d'obtenir des pièces plus résistantes. La culasse est de préférence en 15 alliage d'aluminium. La figure 4 présente un autre mode de réalisation pour lequel l'élément 17 est mobile en rotation autour d'un axe 20 tangent à la conduite 13. Le déplacement de l'élément 17 peut se faire par un actionneur, non représenté, relié à l'axe 20 de rotation et commandant la 20 rotation de l'axe 20 ou encore par un actionneur linéaire relié à l'élément 17 et commandant l'élévation de l'élément 17. On obtient ainsi un système variable pouvant s'activer selon la demande. La figure 5 présente un autre mode de réalisation pour lequel l'élément 17 est une 25 membrane élastique. Cette membrane élastique est déformée sur demande par un actionneur 21 qui pousse ou relâche au besoin la membrane pour faire varier la perturbation flux de gaz d'échappement. Pour améliorer l'efficacité de refroidissement de la traversée des gaz à recirculer dans la 30 culasse, on peut également prévoir une plus grande surface d'échange entre les gaz à recirculer et le liquide de refroidissement. A cet effet, comme illustré en figure 6, on peut prévoir une conduite 13 présentant des ondulations 22. Le trajet des gaz est allongé, ce qui leur permet d'échanger plus longtemps avec le liquide de refroidissement. 35 L'invention permet ainsi de prendre en charge une plus grande par du refroidissement des gaz à re-circuler et donc autorise une réduction de dimension d'un éventuel échangeur auxiliaire des gaz à re-circuler externe à la culasse, ce qui est un avantage au regard des 3052500 6 contraintes d'implantation et de coût. L'invention permet ainsi d'améliorer la consommation du moteur avec l'apport de gaz d'échappement re-circulés à une température plus adaptée. 5 REVENDICATIONS1. Culasse (16) de moteur à combustion interne munie d'une conduite (13) interne pour une ligne (12) de recirculation de gaz d'échappement, caractérisée en ce que la conduite (13) comprend un élément (17) formant une rampe en saillie dans la conduite (13). 2. Culasse selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément (17) est incliné en direction du côté aval de la direction prévue d'écoulement des gaz d'échappement. 3. Culasse selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que l'élément (17) en saillie obstrue entre 15 et 50% de la section transversale de la conduite (13). 4. Culasse selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs éléments (17, 17') en saillie disposés en quinconce relativement à l'axe longitudinal de la conduite (13). 5. Culasse selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'élément en saillie est moulé d'une seule pièce avec la culasse (16). 6. Culasse selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle est en alliage d'aluminium obtenue par un procédé de moulage à modèle perdu ou de fonderie par gravité. 7. Culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'élément (17) en saillie est mobile en rotation autour d'un axe (20) tangent à la conduite (13). 8. Culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'élément (17) en saillie est une membrane élastique. 9. Culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la conduite (13) présente des ondulations (22). 10. Moteur (1) à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comporte une culasse (16) selon l'une quelconque des revendications précédentes.