Brevet FR3092139A1 — publié le 20200731

Description Titre de l'invention : Circuit d'admission d'air à l'échappement d'un moteur à combustion interne. [0001] L'invention concerne un circuit d'admission d'air à l'échappement d'un moteur à combustion interne. L'invention porte encore sur un procédé (l'obtention d'un tel circuit d'admission d'air à l'échappement. L'invention porte encore sur une culasse d'un tel circuit d'admission d'air à l'échappement. L'invention porte aussi sur un moteur à combustion interne comprenant un tel circuit d'admission d'air à l'échappement et/ou une telle culasse. L'invention porte encore sur un véhicule comprenant un tel moteur à combustion interne et/ou une telle culasse et/ou un tel circuit d'admission d'air à l'échappement. [0002] Un moteur à combustion interne, en particulier équipant un véhicule automobile, comprend généralement un ou des éléments de dépollution tel que par exemple un pot catalyseur, un filtre à particules, ou encore un dispositif SCR pour le ternie anglo saxon « sclective catalytic rcduction ». Seulement, ces éléments de dépollutions ne sont efficaces qu'à partir d'une certaine température, par exemple de l'ordre de 400 degrés Celsius. Ainsi, au démarrage du moteur à combustion interne il est nécessaire d'augmenter rapidement la température au niveau de ces éléments de dépollution pour leur permettre de fonctionner correctement et ainsi répondre aux normes. [0003] Pour augmenter la température des éléments de dépollution, de Fair frais est géné- ralement injecté à l'échappement. Un circuit d'injection ou d'admission d'air à l'échappement est alors prévu. L'introduction de cet air frais, généralement sous pression, entraîne une combustion à l'échappement cc qui engendre unc exothermie c'est-à-dire une élévation de la température. Grâce à cette exothermie, les éléments de dépollution sont efficaces peu de temps après le démarrage du moteur à combustion interne. [0004] Seulement un tel circuit d'admission d'air à l'échappement est encombrant alors qu'un compartiment moteur n'offre généralement que peu de place, en particulier au niveau de la partie haute du moteur. Un tel circuit d'admission d'air à l'échappement n'offre pas des flux homogènes en cas de points d'injection ou d'admission multiples au niveau de l'échappement. [0005] Le but de l'invention est de fournir un circuit d'admission d'air à l'échappement remédiant aux inconvénients ci-dessus et améliorant les circuits d'admission d'air à l'échappement connus de l'art antérieur. En particulier, l'invention propose un circuit offrant des pertes de charges réduites. [0006] Pour atteindre cet objectif, l'invention porte sur un circuit d'admission d'air à 2 l'échappement d'un moteur à combustion interne comprenant au moins un cylindre et une culasse, la culasse fermant une chambre de combustion de l'au moins un cylindre et comprenant au moins un conduit d'échappement pour conduire un flux de gaz d'échappement depuis la chambre de combustion de l'au moins un cylindre vers un circuit d'échappement connecté à la culasse par une face d'échappement de ladite culasse, l'au moins un conduit d'échappement comprenant une embouchure amont, contrôlée par une soupape d'échappement, en regard de la chambre de combustion, le circuit d'admission d'air à l'échappement comprenant une chambre principale s'étendant selon un premier axe orthogonal ou sensiblement orthogonal à l'axe principal de l'au moins un cylindre et parallèle à la face d'échappement de la culasse, la chambre principale étant connectée en amont selon le sens de circulation de l'air à un circuit d'admission d'air frais d'un tel moteur à combustion interne et en aval à l'au moins un conduit d'échappement. [0007] Le circuit d'admission d'air à l'échappement peut comprendre un canal connecté en amont à un circuit d'admission d'air frais d'un tel moteur à combustion interne, le canal pouvant s'étendre parallèlement ou sensiblement parallèlement à l'axe principal de l'au moins un cylindre et pouvant déboucher dans la chambre principale en aval. [0008] Le circuit d'admission d'air à l'échappement peut comprendre au moins un conduit d'air s'étendant entre la chambre principale et l'au moins un conduit d'échappement de sorte à diffuser l'air au niveau d'une soupape d'échappement de l'au moins un conduit d'échappement, notamment le circuit d'admission d'air à l'échappement peut comprendre un conduit d'air par conduit d'échappement. [0009] Le débouché de l'au moins un conduit d'air dans un conduit d'échappement peut être entouré par une deuxième paroi déflectrice. [0010] La deuxième paroi déflectrice peut être agencée autour d'une partie du débouché du conduit d'air dans le conduit d'échappement, la deuxième paroi déflectrice pouvant être tournée vers l'embouchure amont du conduit d'échappement et pouvant être apte à cacher ledit débouché du conduit d'air dans le conduit d'échappement au flux de gaz d'échappement. [0011] La deuxième paroi déflectrice peut comprendre une boursoufflure entourant la partie du débouché du conduit d'air dans le conduit d'échappement, tournée vers l'embouchure amont du conduit d'échappement. [0012] La chambre principale peut comprendre des branches terminales entourant au moins partiellement des canaux cylindriques aptes à loger une bobine ou un injecteur. [0013] L'extrémité de chaque branche terminale peut comprendre un orifice, notamment un orifice connecté à l'au moins un conduit d'air. [0014] La chambre principale peut comporter au moins une première paroi déflectrice apte à orienter efficacement le flux d'air, notamment le flux d'air provenant du canal vers 3 l'au moins un conduit d'air, pour être conduit en direction de l'embouchure amont de l'au moins un conduit d'échappement. [0015] La chambre principale peut être ménagée dans la culasse. [0016] Le canal peut être ménagé dans la culasse. [0017] L'au moins un conduit d'air peut être ménagé dans la culasse. [0018] Les branches terminales peuvent être ménagées dans la culasse. [0019] L'invention porte encore sur un procédé d'obtention d'un circuit d'admission d'air à l'échappement tel que défini précédemment, le procédé d'obtention comprenant une étape de fonderie de sorte à obtenir une culasse dont une chambre principale et/ou un canal et/ou au moins un conduit d'air et/ou des branches terminales sont issus de moulage avec la culasse. [0020] L'invention porte encore sur une culasse d'un circuit d'admission d'air à l'échappement tel que défini précédemment, la culasse comprenant une chambre principale et/ou un canal et/ou au moins un conduit d'air et/ou des branches terminales. [0021] L'invention porte encore sur un moteur à combustion interne comprenant un circuit d'admission d'air à l'échappement tel que défini précédemment et/ou une culasse telle que définie précédemment. [0022] L'invention porte encore sur un véhicule, notamment un véhicule automobile, comprenant un moteur à combustion interne tel que défini précédemment et/ou une culasse telle que définie précédemment et/ou un circuit d'admission d'air à l'échappement tel que défini précédemment. [0023] Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode de réalisation d'un circuit d'admission d'air à l'échappement, faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : [0024] [fig.1] La figure 1 est une vue schématique d'un véhicule automobile selon un mode de réalisation de l'invention. [0025] [fig.2] La figure 2 est une vue en coupe d'une culasse d'un circuit d'admission d'air à l'échappement, selon un plan s'étendant verticalement et transversalement, selon un mode de réalisation de l'invention. [0026] [fig.3] La figure 3 est une vue en coupe de la culasse selon un plan horizontal c'est-à-dire s'étendant longitudinalement et transversalement, selon le mode de réalisation de l'invention. [0027] [fig.4] La figure 4 est une vue en coupe de la culasse, selon un plan P2 s'étendant verticalement et longitudinalement, selon le mode de réalisation de l'invention. [0028] [fig.5] La figure 5 est une autre vue en coupe de la culasse, selon le plan P2, selon le mode de réalisation de l'invention. [0029] [fig.6] La figure 6 est une vue en coupe de la culasse, selon un plan perpendiculaire au plan P2 et passant par l'axe d'un conduit d'air, selon le mode de réalisation de l' invention. [0030] [fig.7] La figure 7 est une vue en coupe de la culasse, selon un plan P1 s'étendant verticalement et longitudinalement, selon le mode de réalisation de l'invention. [0031] Un exemple de véhicule, en particulier un véhicule automobile 1, selon un mode de réalisation de l'invention est illustré schématiquement sur la figure 1. Le véhicule comprend un moteur à combustion interne 2 selon un mode de réalisation de l'invention. Le véhicule comprend par exemple un capot séparant un compartiment moteur d'un milieu extérieur. Le capot est agencé par exemple à l'avant du véhicule en cas de groupe moto propulseur disposé à l'avant ou à l'arrière en cas de groupe moto-propulseur disposé à l'arrière. [0032] Pour davantage de clarté, un trièdre XYZ est défini. Il est choisi que la direction selon laquelle le véhicule se déplace habituellement en ligne droite est définie comme étant la direction longitudinale X. Par convention, la direction perpendiculaire à la direction longitudinale, située dans un plan parallèle au sol, est nommée direction transversale Y. La troisième direction, perpendiculaire aux deux autres, est nommée direction verticale Z. [0033] Le moteur à combustion interne 2 comprend au moins un cylindre 10 d'axe principal A2, un piston 12 qui se translate suivant l'axe principal A2 au sein du cylindre 10 et une chambre de combustion 11. Par exemple, l'axe principal A2 est parallèle ou sensiblement parallèle à la direction verticale Z. Le moteur à combustion interne 2 comprend encore une culasse 20. Le cylindre 10 délimite, avec la culasse 20 et le piston 12, la chambre de combustion 11. Ainsi, la culasse 20 ferme la chambre de combustion 11 du cylindre 10. [0034] Comme illustré sur les figures 4 et 5, le moteur à combustion interne 2 comprend encore au moins un conduit d'échappement 26 pour conduire un flux de gaz d'échappement depuis la chambre de combustion 11 du cylindre 10 vers un circuit d'échappement. Avantageusement, le conduit d'échappement 26 comprend une embouchure amont 26'. L'embouchure 26' est contrôlée par une soupape d'échappement 3 en regard de la chambre de combustion 11. De préférence, la culasse 20 comprend le ou les conduits d'échappement 26. [0035] Par « conduit d'échappement » 26, on entend un canal ou une cavité ménagée de préférence dans la culasse 20, communiquant avec un collecteur d'échappement ou circuit d'échappement (non illustré), agencé à proximité d'une soupape d'échappement 3. De manière connue, le circuit d'échappement est connecté à la culasse par une face d'échappement de ladite culasse. [0036] Le moteur à combustion interne 2 comprend encore un circuit d'admission d'air à l'échappement 30. [0037] Le circuit d'admission d'air à l'échappement 30 comprend une chambre principale 22. De préférence, la chambre principale 22 s'étend selon un premier axe Al orthogonal ou sensiblement orthogonal à l'axe principal A2 du cylindre 10. Ledit premier axe Al est de préférence parallèle, ou sensiblement parallèle, à la face d'échappement de la culasse. Ainsi, la chambre principale 22 a par exemple une forme allongée selon le premier axe Al . La section moyenne de passage de la chambre principale 22, par exemple circulaire, présente un diamètre compris entre 5 mm et 15 mm, par exemple de l'ordre de 10 mm. De préférence, la culasse 20 comprend la chambre principale 22. [0038] Evidemment, le moteur à combustion interne 2 peut comprendre plusieurs cylindres 10, de préférence en ligne selon la direction du premier axe Al illustré sur les figures 1 et 2. Dans le cas d'un moteur à trois cylindres 10 en ligne par exemple, les axes principaux A2, A2', A2" des trois cylindres s'étendent par exemple dans le même plan vertical et transversal. Le premier axe Al est alors de préférence parallèle ou sensiblement parallèle au plan vertical et transversal et orthogonal aux axes principaux A2, A2', A2". Bien qu'il soit illustré que le premier axe Al s'étende parallèlement ou sensiblement parallèlement à la direction transversale Y, une autre direction dans un plan horizontal de préférence pourrait convenir également. [0039] La chambre principale 22 est de préférence connectée, en amont selon le sens de cir- culation de l'air, à un circuit d'admission d'air frais du moteur à combustion interne 2. En aval, la chambre principale 22 est connectée à au moins un conduit d'échappement 26. Par exemple, comme illustré sur la figure 6, en cas de moteur à trois cylindres en ligne, deux conduits d'échappement 26 sont prévus par cylindre. [0040] De préférence, le circuit d'admission d'air à l'échappement 30 comprend un canal 21. Le canal 21 est connecté en amont au circuit d'admission d'air trais. Le canal 21 s'étend avantageusement parallèlement ou sensiblement parallèlement à l'axe principal A2 du cylindre 10. Le canal 21 débouche de préférence dans la chambre principale 22 en aval. De préférence, la culasse 20 comprend le canal 21. [0041] Le circuit d'admission d'air à l'échappement 30 comprend au moins un conduit d'air 23 s'étendant entre la chambre principale 22 et un conduit d'échappement 26. Ainsi l'air est diffusé au niveau de la soupape d'échappement 3 du conduit d'échappement 26 concerné. De préférence, un conduit d'air 23 par conduit d'échappement 26 est prévu. Avantageusement, le conduit d'air 23 présente une section de passage, par exemple circulaire, de diamètre compris entre 2 mm et 4 mm, par exemple de l'ordre de 3 mm Avantageusement encore, la longueur du conduit d'air 23 est la plus faible possible. De préférence, la culasse 20 comprend le ou les conduits d'air 23 Ainsi, la longueur du conduit d'air 23 n'excède pas, par exemple, 60 mm selon l'encombrement ou l'épaisseur de la culasse 20. 6 [0042] Comme illustré sur les figures 3, 4, 5 et 6, la culasse 20 comprend des conduits d'air 23. Chaque conduit d'air 23 s'étend entre la chambre principale 22 et un conduit d'échappement 26, par exemple à proximité d'un conduit d'admission d'une soupape d'admission (non représentée). [0043] De préférence encore, comme illustré en particulier sur la figure 3, la chambre principale 22 comprend au moins une première paroi déflectrice 24 apte à orienter efficacement le flux d'air provenant du canal 21 vers un conduit d'air 23. Ainsi, le flux d'air est conduit en direction de l'embouchure amont 26' du conduit d'échappement 26 concerné. Chaque première paroi déflectrice 24 peut être formée par une courbure de la chambre principale 22 avec un rayon, de l'ordre de 30 mm par exemple, pour éviter la recirculation de l'air d'admission ainsi que des survitesses du flux d'air entraînant des pertes de charges. Ces premières parois déflectrices 24 sont par exemple des parois concaves et/ou convexes, de préférence dotées de formes arrondies exemptes d'arêtes vive ou saillie. De telles parois 24 permettent d'orienter efficacement le flux d'air (illustré avec des flèches), au sein de la chambre principale 22, vers les conduits d'air 23. Ainsi, le flux d'air frais entre dans la chambre principale 22 par le canal 21 au niveau d'une admission 21' et s'évacue par des orifices ou ouvertures 23' des conduits d'air 23. [0044] De préférence encore, la chambre principale 22 comprend des branches terminales 29 comme illustré sur la figure 3. Par exemple, ces branches terminales 29 entourent, au moins partiellement, des canaux cylindriques 27, 28 aptes à loger une bobine ou un injecteur comme illustré sur la figure 7. L'agencement de la chambre principale 22 entre les canaux cylindriques, ou puits d'injection, et d'autres canaux cylindriques, ou puits de bobine, permet de manière avantageuse de rendre la culasse 20 davantage compacte et d'optimiser la masse de la culasse 20. [0045] L'extrémité de chaque branche terminale 29 comprend de préférence un orifice 23' connecté au conduit d'air 23. [0046] De préférence, comme illustré sur la figure 5, le débouché du conduit d'air 23 dans le conduit d'échappement 26 adjacent est entouré par une deuxième paroi déflectrice 24'. Par exemple la deuxième paroi déflectrice 24' est agencée autour d'une partie seulement du débouché du conduit d'air 23 dans le conduit d'échappement 26. La deuxième paroi déflectrice 24' est alors tournée vers l'embouchure amont 26' du conduit d'échappement 26. Ainsi, la deuxième paroi déflectrice 24' est apte à cacher le débouché du conduit d'air 23 dans le conduit d'échappement 26 au flux de gaz d'échappement. La deuxième paroi déflectrice 24' comprend une boursoufflure entourant la partie du débouché du conduit d'air 23 dans le conduit d'échappement 26. Cette boursoufflure est par exemple tournée vers l'embouchure amont 26' du conduit d'échappement 26. Par exemple cette forme comprend un arrondi, ou chanfrein, 7 permettant d'éviter d'avoir une partie biseautée au niveau du conduit d'air 23 débouchant dans le conduit d'échappement 26 au niveau de la tête 3' de la soupape d'échappement 3. En outre, un aménagement d'unc forme déflectrice 24' en sortie de chaque conduit d'air 23 permet de limiter voire d'éviter les reflux de gaz brulés dans le conduit d'air 23 adjacent. [0047] A noter qu'une vanne peut être agencée au sein du circuit d'admission d'air à l'échappement, en périphérie du haut moteur, en amont du noyau d'air, ou chambre principale 22, de la culasse 20. [0048] Comme évoqué précédemment, de préférence, la chambre principale 22 est ménagée dans la culasse 20. De préférence, le canal 21 est ménagé dans la culasse 20. De préférence, l'au moins un conduit d'air 23 est ménagé dans la culasse 20. De préférence, les branches terminales 29 sont ménagées dans la culasse 20. [0049] Un mode d'exécution du procédé d'obtention du circuit d'admission d'air à l'échappement 30 selon l'invention est décrit succinctement ci-après. [0050] Avantageusement, le procédé comprend une étape de fonderie de sorte à obtenir la culasse 20 dont la chambre principale 22 et/ou le canal 21 et/ou l'au moins un conduit d'air 23 et/ou les branches terminales 29 sont issus de moulage avec la culasse 20. En d'autres termes, la chambre principale 22 et/ou le canal 21 et/ou l'au moins un conduit d'air 23 et/ou les branches terminales 29 sont par exemple formés par l'utilisation d'un ou plusieurs noyaux au cours du procédé de fonderie utilisé pour l'obtention de la culasse 20. [0051] Alternativement ou en complément, le procédé comprend une étape d'usinage pour l'obtention du canal 21 et/ou du ou des conduits d'air 23 et/ou de la ou des deuxièmes parois déflectrices 24'. [0052] Ainsi, la culasse 20 du circuit d'admission d'air à l'échappement 30 comprend, de préférence, la chambre principale 22 et/ou le canal 21 et/ou l'au moins un conduit d'air 23 et/ou les branches terminales 29. [0053] Ainsi l'air est diffusé au niveau de la soupape d'échappement 3 du conduit d'échappement 26. De préférence, il est prévu un conduit d'air 23 par conduit d'échappement 26. A noter qu'un même cylindre du moteur à combustion interne 2 comporte par exemple deux soupapes d'échappement 3. Ainsi, comme illustré sur les figures 3 et 6 illustrant une culasse 20 d'un moteur à trois cylindres en ligne, six conduits d'air 23 sont prévus. [0054] Comme évoqué ci-dessus, un même cylindre peut comporter deux soupapes d'échappement. Evidemment, un cylindre peut ne comporter qu'une seule soupape d'échappement ou comporter trois voire davantage de soupapes d'échappement. De préférence, il est prévu autant de conduits d'air 23 que de soupapes d'échappement 3 adjacentes et que de conduits d'échappement 26 adjacents. 8 [0055] En résumé, l'air frais arrive dans le canal 21 au niveau supérieur par exemple de la culasse 20. Ainsi, l'air frais entre dans la culasse 20 et arrive au sein de la chambre principale 22. Les premières parois déflectrices 24 de la chambre principale 22 assurent un écoulement minimisant les turbulences et pertes de charges vers les conduits d'air 23. L'air frais arrive à l'entrée ou embouchure amont 26' de chaque conduit d'échappement 26 après avoir parcouru les conduits d'air 23. En effet, les extrémités en aval des conduits d'air 23 sont agencées au niveau des têtes 3' des soupapes d'échappement 3, par exemple au-dessus de chaque tête de soupapes. [0056] Grâce à ce circuit d'admission d'air à l'échappement, on obtient une diffusion homogène et optimisée de l'air frais dans chaque conduit d'échappement 26, autrement dit une répartition de Pair « poste à poste ». Ceci est en partie dû aux formes spécifiques, en particulier au sein de la chambre principale 22, favorisant l'écoulement du flux d'air frais de sorte à obtenir un excellent compromis perte de charge / homogénéités de la répartition. En effet, les conduits d'échappement 26, les formes des chambres, conduits, canaux sont particulièrement adaptées pour faciliter l'écoulement de l'air frais. [0057] Cette diffusion optimale est obtenue avec une seule chambre principale 22 pour un moteur à combustion interne 2 comprenant une seule ligne de cylindres. De plus, l'air est injecté au plus près des soupapes 3 ce qui optimise la post combustion et par conséquent l'exothermie. Une telle production de chaleur favorise un fonctionnement optimal des systèmes de dépollution au sein de l'échappement. Enfin, les points bas sont évités ce qui limite l'encrassement et l'accumulation de condensats. Comme évoqué précédemment, les pertes de charge sont limitées ce qui abaisse la consommation d'énergie en cas de la pompe dans le circuit 30. Ce circuit au niveau du haut moteur, de préférence comprenant un canal 21, une chambre principale 22, des conduits d'air 23 intégrés dans la culasse 20, est particulièrement compact. [0058] En remarque, la solution atteint donc l'objet recherché de rendre le circuit d'admission d'air à l'échappement davantage compact, en particulier pour un véhicule automobile dont le compartiment moteur est restreint sous le capot, et présente les avantages suivants : - Elle permet de minimiser la masse du circuit d'admission d'air à l'échappement ; - Elle peut être appliquée à des moteurs à combustion interne équipant tous types de véhicules, ou encore des pompes ou groupes électrogènes. 9 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5]