Brevet FR3051841A1 — publié le 20171201

CULASSE INTEGRANT UN COLLECTEUR D'ECHAPPEMENT PAR MOULAGE [0001] L'invention porte sur une culasse intégrant un collecteur d'échappement par moulage. La culasse de moteur à combustion interne comporte au moins deux cylindres présentant au moins une soupape d'échappement [0002] Le collecteur d'échappement dans le cadre de la présente invention est un collecteur d'échappement à deux conduits d'échappement séparés. Chaque conduit d'échappement du collecteur d'échappement s'étend dans la culasse à partir d'au moins une entrée raccordée à ladite au moins une soupape d'échappement d'un cylindre respectif jusqu'à une de deux sorties jumelées débouchant d'une paroi de la culasse. [0003] De tels collecteurs d'échappement à deux conduits sont connus de l'état de la technique. Par exemple, quand le moteur à combustion interne comporte quatre cylindres en ligne, les premier et quatrième cylindres sont couplés à un premier conduit et les deuxième et troisième cylindres sont couplés à un deuxième conduit d'échappement, ce qui permet d'éviter les interférences entre les échappements des quatre cylindres et améliore la vidange des cylindres. [0004] Dans ce type de collecteur d'échappement, il peut être regroupé des collecteurs d'échappement à sorties jumelées, aussi connus sous l'appellation de spirales jumelles traduction de l'appellation anglo-saxonne de « Twin Scroll ». Un tel collecteur d'échappement à sorties jumelées est particulièrement adapté pour être utilisé en association avec une turbine de turbocompresseur, donc dans le cadre d'un groupe moto-propulseur turbocompressé. [0005] Pour de telles sorties jumelées, la sortie du premier conduit d'échappement est disposée à proximité de la sortie du deuxième conduit d'échappement avec les sorties seulement séparées par une cloison de séparation des conduits. Une circulation de fluide de refroidissement vient entourer les conduits d'échappement pour assurer un refroidissement des gaz d'échappement et amener ceux-ci à la température idéale. [0006] Les dispositifs actuels sont réalisés par des collecteurs d'échappement séparés et fixés sur la culasse par des moyens de solidarisation. Ces collecteurs sont fréquemment en fonte ou en acier ou réalisés en mécano-soudés selon les utilisations et performances souhaitées pour le moteur. Les collecteurs d'échappement en fonte ou en acier sont 3051841 2 réalisés généralement en moulage sable avec un noyau sable pour l'évidement du ou des conduites de passage des gaz d'échappement. [0007] L'inconvénient de ces collecteurs en fonte ou en acier est leur masse qui ne permet pas de répondre aux nouvelles exigences de dépollution, à savoir principalement 5 une montée plus rapide en température due à une plus faible inertie thermique aux démarrages du moteur pour le bon fonctionnement du catalyseur, ce qui limite les rejets de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures. [0008] Les collecteurs d'échappement actuellement utilisés, principalement du fait d'une séparation du collecteur d'échappement à la culasse, ne permettent pas une régulation 10 thermique de ce collecteur. Ceci présente aussi l'inconvénient d'élargir les moteurs et d'augmenter les coûts du moteur. [0009] La figure 1 montre une culasse 1 comprenant un collecteur 2a d'échappement selon l'état de la technique. Comme il peut être vu à cette figure 1, le collecteur 2a d'échappement est solidarisé par des moyens de fixation à la culasse 1. Ce collecteur 2a 15 d'échappement fait relativement saillie de la culasse 1 et prend de la place sur la paroi de la culasse 1 le portant, ce qui est un autre désavantage en plus de son poids et de la nécessité de procéder à la fixation de ce collecteur 2a d'échappement sur la culasse 1. Ce collecteur 2a d'échappement est du type à sorties jumelées en présentant deux sorties 2, 3 à proximité l'une de l'autre. 20 [0010] Un exemple d'un tel collecteur d'échappement monté sur une culasse est donné par le document FR-A-2 875 266 qui décrit un collecteur d'échappement qui comporte un corps moulé en fonte au nickel, donc d'un poids conséquent, à architecture en deux Y, donc à deux conduits. Entre les deux sorties s'étendant dans un col de sortie est disposée une cloison ou plaque de séparation en acier austénitique. 25 [0011] La plaque a pour effet d'améliorer la tenue thermomécanique du collecteur, notamment au niveau de la fatigue thermique et de la réduction des contraintes internes. Un tel collecteur d'échappement est utilisable notamment avec des moteurs à quatre cylindres équipés d'un turbocompresseur. Un tel collecteur d'échappement présente les désavantages précédemment mentionnés. 30 [0012] Par conséquent, le problème à la base de l'invention est de munir une culasse de moteur à combustion interne d'un véhicule automobile d'un collecteur d'échappement qui 3051841 3 soit d'un poids et d'un encombrement réduits et ne nécessite pas un travail d'un opérateur pour une solidarisation du collecteur d'échappement à la culasse. [0013] Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention une culasse de moteur à combustion interne comportant au moins deux cylindres présentant au moins une soupape 5 d'échappement et un collecteur d'échappement à deux conduits d'échappement séparés, chaque conduit d'échappement du collecteur d'échappement s'étendant dans la culasse à partir d'au moins une entrée raccordée à ladite au moins une soupape d'échappement d'un cylindre respectif jusqu'à une de deux sorties jumelées débouchant d'une paroi de la culasse, caractérisée en ce que le collecteur d'échappement est au moins partiellement 10 intégré à la culasse en étant moulé dans la culasse, le collecteur d'échappement présentant une partie extérieure à la culasse moulée sur ladite paroi. [0014] L'effet technique est d'obtenir une culasse moins lourde et moins encombrante directement solidarisée par moulage à la culasse du moteur. Un tel moulage du collecteur d'échappement évite le rayonnement thermique du collecteur vers le compartiment 15 moteur. De plus, la diffusion du bruit à l'échappement est limitée. Le collecteur d'échappement selon l'invention résiste mieux aux chocs thermiques. [0015] Le principal avantage d'une telle culasse munie d'un collecteur d'échappement moulé est un allègement du moteur, notamment quand le collecteur d'échappement est réalisé dans un métal relativement léger. Il n'y a plus obligation de réaliser le collecteur 20 d'échappement en fonte ou en acier et ce collecteur d'échappement peut être réalisé en aluminium ou en alliage à base d'aluminium. [0016] Dans ce cas, un poids fréquent de la culasse est de 13,1 kg et un collecteur rapporté présente un poids 3,3 kg soit un total de 16.4 kg. Selon la présente invention, l'ensemble d'un collecteur d'échappement moulé et intégré dans la culasse peut présenter 25 un poids de 13.5 kg. Il est donc réalisé une économie de matière. De plus l'inertie thermique du collecteur est moindre donc la mise en fonctionnement optimal de la dépollution est mieux assurée. [0017] Le fait qu'il n'est plus nécessaire de solidariser le collecteur d'échappement à la culasse entraîne un gain en temps de montage d'où une économie de coût de montage et 30 de matériel de par la suppression de moyens de fixation tels que des goujons de fixation et d'un joint métallique d'étanchéité. 3051841 4 [0018] Une telle culasse avec collecteur d'échappement moulé et intégré permet de réduire la largeur du moteur et d'être intégrée plus facilement dans les espaces sous-capot des véhicules. Le gain en largeur peut être estimé à 46 mm. [0019] Avantageusement, le collecteur d'échappement est en aluminium ou en alliage à 5 base d'aluminium. Ce métal est propice au moulage, léger et résistant. [0020] Avantageusement, les conduits d'échappement sont refroidis à l'intérieur de la culasse par un liquide caloporteur d'un système de refroidissement du moteur à combustion interne. Ainsi, un meilleur refroidissement des conduits est garanti. [0021] Avantageusement, les deux sorties jumelées sont portées par un col en étant 10 séparées l'une de l'autre par une cloison de séparation, le col étant décentré par rapport au milieu de la longueur de la paroi de la culasse. Le col est la partie où se rejoignent les deux conduits et qui débouche sur la sortie. [0022] Avantageusement, la partie extérieure du collecteur d'échappement moulé à la culasse s'étend selon une longueur parallèle à la longueur de la paroi de la culasse, le col 15 étant décentré par rapport au milieu de la longueur de la partie extérieure. Ceci permet de libérer de la place et de disposer sur la paroi de la culasse et d'utiliser cette place libérée pour positionner des éléments auxiliaires comme des éléments de dépollution des gaz d'échappement. [0023] Avantageusement, la culasse comprend quatre cylindres alignés, un premier 20 conduit d'échappement du collecteur d'échappement présentant au moins deux portions d'entrée en dérivation raccordées respectivement au premier et au quatrième des cylindres alignés et un deuxième conduit d'échappement du collecteur d'échappement présentant au moins deux portions d'entrée en dérivation raccordées respectivement au deuxième et au troisième des cylindres alignés. 25 [0024] Avantageusement, chaque cylindre présente deux soupapes d'échappement, les premier et deuxième conduits présentant deux entrées respectivement pour une des deux soupapes de chaque cylindre. [0025] Avantageusement, la culasse comporte au moins une ouverture d'évacuation pour l'écoulement d'une matière destructible formant précédemment au moins un noyau à 30 l'intérieur de la culasse lors du moulage du collecteur d'échappement. 3051841 5 [0026] L'invention concerne un groupe moto-propulseur de véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne présentant une telle culasse, caractérisé en ce que le moteur à combustion interne est un moteur suralimenté, une turbine d'un compresseur étant reliée aux sorties jumelées du collecteur d'échappement. 5 [0027] L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'une telle culasse munie d'un collecteur d'échappement, caractérisé en ce que le collecteur d'échappement est moulé dans et sur la culasse, les conduits d'échappement étant réalisés par utilisation de noyaux destructibles. [0028] D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront 10 à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'une vue en perspective d'une culasse de moteur à combustion interne portant un collecteur d'échappement solidarisé à la culasse selon l'état de la technique, 15 - la figure 2 est une représentation schématique d'une vue en perspective d'une portion de culasse de moteur à combustion interne portant un collecteur d'échappement moulé à la culasse selon la présente invention, - la figure 3 est une représentation schématique d'une coupe transversale d'une culasse de moteur à combustion interne montrant la totalité d'un collecteur d'échappement 20 dont la partie interne à la culasse reliée aux soupapes d'échappement des cylindres présents dans la culasse. [0029] Il est à garder à l'esprit que les figures sont données à titre d'exemples et ne sont pas limitatives de l'invention. Elles constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l'invention et ne sont pas 25 nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les dimensions des différents éléments illustrés ne sont pas représentatives de la réalité. [0030] Dans ce qui va suivre, il est fait référence à toutes les figures prises en combinaison. Quand il est fait référence à une ou des figures spécifiques, ces figures sont à prendre en combinaison avec les autres figures pour la reconnaissance des références 30 numériques désignées. [0031] En se référant à toutes les figures et notamment aux figures 2 et 3, il est prévu selon l'invention une culasse 1 de moteur à combustion interne comportant au moins deux cylindres présentant au moins une soupape d'échappement et un collecteur 2 3051841 6 d'échappement à deux conduits 8, 9 d'échappement séparés. Chaque conduit 8, 9 d'échappement du collecteur 2 d'échappement s'étend dans la culasse 1 à partir d'au moins une entrée raccordée à ladite au moins une soupape d'échappement d'un cylindre respectif jusqu'à une de deux sorties jumelées 3, 4 débouchant d'une paroi de la culasse 5 1 vers l'extérieur de la culasse 1. [0032] Selon la présente invention, le collecteur 2 d'échappement est au moins partiellement intégré à la culasse 1 en étant moulé dans la culasse 1, le collecteur 2 d'échappement présentant une partie extérieure à la culasse 1 moulée sur ladite paroi. Le collecteur 2 d'échappement peut être aluminium ou en un alliage contenant de 10 l'aluminium. [0033] En comparant les figures 1 et 2, il est apparent que le collecteur 2 d'échappement selon la présente invention est moins volumineux et fait moins saillie de la paroi de la culasse 1 qu'un collecteur 2a d'échappement selon l'état de la technique. [0034] Les conduits 8, 9 d'échappement peuvent être refroidis à l'intérieur de la culasse 15 1 par un liquide caloporteur d'un système de refroidissement du moteur à combustion interne. On utilise ainsi un système de refroidissement déjà présent dans le moteur à combustion interne. [0035] Les deux sorties jumelées 3, 4 sont portées par un col 10 en étant séparées l'une de l'autre par une cloison 11 de séparation, le col 10 étant décentré par rapport au milieu 20 de la longueur de la culasse 1. Le col est la partie où se rejoignent les deux conduits et qui débouche sur la sortie. [0036] Ceci est rendu possible par le moulage intégral du collecteur 2 d'échappement. Une position décentrée du col 10 n'entraîne pas de porte à faux du collecteur 2 d'échappement sur la culasse 1, ce qui pourrait être le cas si le collecteur 2 25 d'échappement était fixé par des moyens de fixation sur la culasse 1. [0037] La partie extérieure du collecteur 2 d'échappement moulé à la culasse 1 peut s'étendre selon une longueur parallèle à la longueur de la culasse 1, le col 10 étant décentré par rapport au milieu de la longueur de la partie extérieure. Il y a donc possibilité d'avoir un double décentrage avec un décentrage du collecteur 2 d'échappement par 30 rapport à la paroi de la culasse 1 couplé avec un décentrage du col 10 du collecteur 2 d'échappement par rapport au reste du collecteur. 3051841 7 [0038] La culasse 1 peut comprendre quatre cylindres alignés. Dans ce cas, un premier conduit 8 d'échappement du collecteur 2 d'échappement peut présenter au moins deux portions d'entrée en dérivation raccordées respectivement au premier et au quatrième des cylindres alignés. A la figure 3, le premier conduit 8 présente une première dérivation 8a 5 qui embouche sur une ou deux soupapes d'échappement du premier cylindre et une deuxième dérivation 8b qui embouche sur une ou deux soupapes d'échappement du quatrième cylindre. [0039] De plus, un deuxième conduit 9 d'échappement du collecteur 2 d'échappement peut présenter au moins deux portions d'entrée en dérivation raccordées respectivement 10 au deuxième et au troisième des cylindres alignés. A la figure 3, le deuxième conduit 9 présente une première dérivation 9a qui embouche sur une ou deux soupapes d'échappement du deuxième cylindre et une deuxième dérivation 9b qui embouche sur une ou deux soupapes d'échappement du troisième cylindre. [0040] Ceci peut être le cas pour un moteur à combustion interne à suralimentation 15 contrôlée par distribution moteur. Dans un tel arrangement, chaque cylindre du moteur est muni d'une soupape d'admission et de deux soupapes d'échappement. Ces soupapes d'échappement sont associées sélectivement à un premier ou à un second passage de sortie dans un cylindre et ouvrent et ferment sélectivement leur passage associé. [0041] Ainsi, chaque cylindre peut présenter deux soupapes d'échappement. Les 20 dérivations 8a, 8b, 9a et 9b des premier et deuxième conduits 8, 9 présentent deux entrées respectivement pour une des deux soupapes de chaque cylindre, c'est-à-dire une entrée pour chaque soupape d'échappement. [0042] Avantageusement, la culasse 1 comporte au moins une ouverture d'évacuation 5, 6 pour l'écoulement d'une matière destructible formant précédemment au moins un 25 noyau à l'intérieur de la culasse 1 lors du moulage du collecteur 2 d'échappement. A la figure 3, deux ouvertures d'évacuation 5, 6 sont montrées. [0043] L'invention concerne un groupe moto-propulseur de véhicule automobile, le groupe moto-propulseur comprenant un moteur à combustion interne présentant une telle culasse 1. Dabs ce groupe moto-propulseur, le moteur à combustion interne est un moteur 30 suralimenté, une turbine d'un compresseur étant reliée aux sorties jumelées 3, 4 du collecteur 2 d'échappement. 3051841 8 [0044] L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'une telle culasse 1 munie d'un collecteur 2 d'échappement. Le collecteur 2 d'échappement est moulé dans et sur la culasse 1 avec des conduits 8, 9 d'échappement réalisés en utilisant des noyaux destructibles, par exemple des noyaux en sable. Ceci vaut aussi pour des ajouts au 5 système de refroidissement afin que des boucles de fluide caloporteur circulant dans le système de refroidissement entourent les conduits 8, 9 du collecteur 2 d'échappement. [0045] L'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples. REVENDICATIONS1. Culasse (1) de moteur à combustion interne comportant au moins deux cylindres présentant au moins une soupape d'échappement et un collecteur (2) d'échappement à deux conduits (8, 9) d'échappement séparés, chaque conduit (8, 9) d'échappement du collecteur (2) d'échappement s'étendant dans la culasse (1) à partir d'au moins une entrée raccordée à ladite au moins une soupape d'échappement d'un cylindre respectif jusqu'à une de deux sorties jumelées (3, 4) débouchant d'une paroi de la culasse (1), caractérisée en ce que le collecteur (2) d'échappement est au moins partiellement intégré à la culasse (1) en étant moulé dans la culasse (1), le collecteur (2) d'échappement présentant une partie extérieure à la culasse (1) moulée sur ladite paroi. 2. Culasse (1) selon la revendication 1, dans laquelle le collecteur (2) d'échappement est en aluminium ou en alliage à base d'aluminium. 3. Culasse (1) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans laquelle les conduits (8, 9) d'échappement sont refroidis à l'intérieur de la culasse (1) par un liquide caloporteur d'un système de refroidissement du moteur à combustion interne. 4. Culasse (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les deux sorties jumelées (3, 4) sont portées par un col (10) en étant séparées l'une de l'autre par une cloison (11) de séparation, le col (10) étant décentré par rapport au milieu de la longueur de la paroi de la culasse (1). 5. Culasse (1) selon la revendication 4, dans laquelle la partie extérieure du collecteur (2) d'échappement moulé à la culasse (1) s'étend selon une longueur parallèle à la longueur de la paroi de la culasse (1), le col (10) étant décentré par rapport au milieu de la longueur de la partie extérieure du collecteur (2) d'échappement. 6. Culasse (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, laquelle comprend quatre cylindres alignés, un premier conduit (8) d'échappement du collecteur (2) d'échappement présentant au moins deux portions d'entrée en dérivation (8a, 8b) raccordées respectivement au premier et au quatrième des cylindres alignés et un deuxième conduit (9) d'échappement du collecteur (2) d'échappement présentant 3051841 10 au moins deux portions d'entrée en dérivation (9a, 9b) raccordées respectivement au deuxième et au troisième des cylindres alignés. 7. Culasse (1) selon la revendication précédente, dans laquelle chaque cylindre présente deux soupapes d'échappement, les premier et deuxième conduits (8, 9) présentant 5 deux entrées respectivement pour une des deux soupapes de chaque cylindre. 8. Culasse (1) selon l'une quelconque des revendications précédente, laquelle comporte au moins une ouverture d'évacuation (5, 6) pour l'écoulement d'une matière destructible formant précédemment au moins un noyau à l'intérieur de la culasse (1) lors du moulage du collecteur (2) d'échappement. 10 9. Groupe moto-propulseur de véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne présentant une culasse (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur à combustion interne est un moteur suralimenté, une turbine d'un compresseur étant reliée aux sorties jumelées (3, 4) du collecteur (2) d'échappement. 15 10. Procédé de fabrication d'une culasse (1) conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8 en étant munie d'un collecteur (2) d'échappement, caractérisé en ce que le collecteur (2) d'échappement est moulé dans et sur la culasse (1), les conduits (8, 9) d'échappement étant réalisés par utilisation de noyaux destructibles.