Brevet FR3103515A1 — publié le 20210528

La présente invention a pour objet un siège de soupape (1) pour conduit d’échappement (2) et comprenant au moins deux chanfreins successifs et ayant des angles d’ouverture différents. Selon l’invention, le siège de soupape (1) comprend en outre un tronçon courbe (13) disposé à la suite des chanfreins successifs. Ledit tronçon courbe (13) est délimité par une surface de révolution (S) qui est générée par la rotation d’un arc de cercle autour d’un axe principal (X-X’) du siège. Ledit arc de cercle s’étend entre une extrémité amont et une extrémité avale. Ladite extrémité avale est destinée à former un point tangent entre l’arc de cercle et une droite génératrice d’un tronçon sensiblement cylindrique (220) du conduit d’échappement (2) adjacent au tronçon courbe (13). Figure pour l'abrégé : Figure 1 SIEGE DE SOUPAPE D’ECHAPPEMENT PRESENTANT UN PROFIL AEORODYNAMIQUE OPTIMISE Domaine technique de l’invention La présente invention concerne un siège pour soupape d’échappement présentant un profil aérodynamique optimisé. L’invention concerne également une culasse comprenant un tel siège et un moteur à combustion interne comprenant une telle culasse. Arrière-plan technique De manière connue, dans un moteur à combustion interne, les sièges de soupape du côté d’admission aussi bien que les sièges de soupape du côté d’échappement sont conçus pour garantir un écoulement d’air fluide et constant dans le but de limiter des perturbations du flux d’air. Le document EP1944476 divulgue un siège de soupape adapté à la fois à une soupape d’admission et une soupape d’échappement. Ce siège de soupape comprend une partie rapportée formée d’une pluralité de chanfreins et d’une portion sensiblement cylindrique d’axe parallèle à l’axe de la soupape. Précisément, la partie rapportée comprend, dans la direction de la chambre de combustion vers le conduit, une succession de deux chanfreins, la portion sensiblement cylindrique, et un dernier chanfrein divergent situé après ladite portion sensiblement cylindrique. Il s’avère que le siège de soupape tel que conçu ne rend pas l’écoulement d’air aussi optimal que souhaité, en particulier du côté d’échappement. En effet, la forme interne du siège de soupape associée à la forme du conduit d’échappement génère un fort décollement d’air au niveau de la sortie du siège suivie par une partie brute du conduit d’échappement. Ce phénomène du décollement d’air est particulièrement remarqué à faible levée de la soupape. En effet, lorsque la soupape d’échappement s’ouvre, les gaz de combustion sortent à une vitesse élevée due à la faible section de passage. A cause de ces fortes vitesses, il y a des forts décollements d’air qui se génèrent au niveau de la sortie du siège. Cette perturbation entraîne une baisse en perméabilité du conduit. Par définition, la perméabilité du conduit est un paramètre indiquant la facilité d’écoulement du flux d’air ou dans ce cas du flux de gaz de combustion dans le conduit d’échappement. La perméabilité du conduit est inversement proportionnelle à la différence de pression d’air entre l’entrée et la sortie du conduit. En ayant un décollement d’air dans le conduit, la différence de pression augmente, ce qui fait ainsi baisser la perméabilité. Cette perte de perméabilité est directement liée aux performances du moteur, à sa consommation et à ses émissions polluantes. Ainsi, un objectif de l’invention est de pallier le problème précité en proposant un siège de soupape conçu de manière à pouvoir réduire, voire supprimer le phénomène de décollement dans le conduit d’échappement. La perméabilité du conduit est ainsi améliorée pour une meilleure circulation du flux de gaz de combustion dans le conduit. Avec cet objectif en vue, l’invention propose un siège de soupape pour conduit d’échappement présentant d’un axe principal et comprenant une série de chanfreins composée d’au moins deux chanfreins successifs et ayant des angles d’ouverture différents, le dernier chanfrein de la série de chanfreins étant obtenu par la rotation d’une droite génératrice secondaire autour de l’axe principal. Selon l’invention, le siège de soupape comprend en outre un tronçon courbe disposé à la suite de la série de chanfreins. Ledit tronçon courbe est délimité par une surface de révolution qui est générée par la rotation d’un arc de cercle autour de l’axe principal. Ledit arc de cercle s’étend entre une extrémité amont et une extrémité avale, ladite extrémité amont étant un point de rencontre entre l’arc de cercle et la droite génératrice secondaire, et l’extrémité avale étant destinée à former un point tangent entre l’arc de cercle et une droite génératrice d’un tronçon sensiblement cylindrique du conduit d’échappement adjacent au tronçon courbe. Ainsi, le siège de soupape tel que proposé présente une forme interne arrondie qui perturbe très peu le flux de gaz de combustion à sa traversée. Précisément, le tronçon courbe du siège de soupape forme une zone de transition progressive et douce pour la circulation du flux. De plus, une partie de la surface du tronçon courbe est dans la continuité avec la surface du tronçon cylindrique du conduit d’échappement. De cette manière, la surface de sortie disponible pour le flux de gaz reste constante sur une distance importante, à savoir à partir de la sortie du siège jusqu’à la fin du tronçon cylindrique du conduit. La vitesse du flux peut donc être maintenu relativement stable sur au moins cette distance. Tous ces avantages réunis permettent de diminuer fortement les décollements qui sont à l’origine de baisse en perméabilité du conduit. Selon d’autres caractéristiques de l’invention : - la première droite génératrice est alignée à une tangente à l’arc de cercle au niveau de l’extrémité amont dudit arc ; ainsi, la jonction entre le tronçon courbe et le dernier chanfrein est adouci, ce qui facilite l’écoulement du flux à ce niveau ; - la première droite génératrice est inclinée vers l’axe principal et forme avec ledit axe un premier angle d’ouverture α ; de plus, la série de chanfreins comprend un deuxième chanfrein obtenu par la rotation d’une deuxième droite génératrice autour de l’axe principal, ladite deuxième droite étant inclinée vers l’axe principal X-X’ et formant avec ledit axe un deuxième angle d’ouverture β; enfin, le deuxième angle d’ouverture β est supérieur au premier angle d’ouverture α ; - la série de chanfreins comprend trois chanfreins présentant des angles d’ouverture différents. Un autre objet de l’invention concerne une culasse de moteur à combustion interne prévue pour fermer l’extrémité d’un cylindre formant une chambre de combustion. Selon l’invention, la culasse comporte : - un conduit d’échappement débouchant dans la chambre de combustion et comprenant le tronçon sensiblement cylindrique, et - un siège de soupape selon l’invention et disposé au niveau du débouché du conduit d’échappement de manière à ce que le tronçon sensiblement cylindrique du conduit d’échappement soit adjacent au tronçon courbe du siège de soupape. Ainsi, la culasse équipée du siège de soupape innovante présente des performances aérodynamiques améliorées, ce qui contribue à baisser sa consommation de carburant et à réduire ses émissions polluantes. Selon une autre caractéristique de la culasse, le siège de soupape est venu de matière avec le conduit d’échappement. Il s’agit d’un mode de réalisation économique et simple à réaliser. A titre d’exemple, le siège de soupape peut être usiné au niveau du débouché du conduit d’échappement. Un dernier objet de l’invention concerne un moteur à combustion interne comprenant une culasse selon l’invention. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : – la figure 1 est une vue en coupe axiale schématique d’un siège de soupape selon un mode de réalisation de l’invention et d’un tronçon sensiblement cylindrique d’un conduit d’échappement; – la figure 2 est une vue en coupe axiale schématique de la moitié du siège de soupape de la figure 1. Description détaillée de l'invention Sur la figure 1, un conduit d’échappement 2 débouche dans une chambre de combustion via un orifice d’échappement 3. La chambre de combustion n’est pas représentée sur les figures. Les gaz issus de la combustion s’écoulent de la chambre de combustion vers le conduit d’échappement 2 dans un sens de l’amont vers l’aval. Le sens d’écoulement du flux est représenté par la flèche F sur la figure 1. Le conduit d’échappement 2 comprend ici, dans le sens de l’amont vers l’aval, une partie usinée 21 et une partie brute de fonderie 22. La partie usinée 21 s’étend à partir de l’orifice d’échappement 3 et elle est conçue de manière à former un siège à soupape 1. Décrit autrement, le siège à soupape 1 est usiné directement sur le conduit d’échappement 2, au niveau du débouché de ce conduit dans la chambre de combustion. La jonction 4 entre la partie usinée 21 et la partie brute de fonderie 22 marque la fin de l’étendue du siège de soupape 1. Le siège de soupape 1 est suivi par un tronçon sensiblement cylindrique 220 faisant partie de la partie brute de fonderie 22 du conduit d’échappement 2. La conception du siège de soupape 1 ainsi que son positionnement par rapport aux autres éléments du conduit d’échappement seront décrits ci-après à l’appui de la figure 2. Le siège de soupape 1 présente une forme de révolution ayant un axe principal générateur X-X’. Ici, le siège de soupape 1 est conçu de façon que l’axe principal X-X’ soit confondu avec l’axe longitudinal d’une soupape d’échappement. Le siège de soupape 1 comprend, dans le sens de l’amont vers l’aval, un premier chanfrein 11, un deuxième chanfrein 12 et un tronçon courbe 13. Les premier et deuxième chanfreins 11 et 12 se suivent et forment ainsi une série de chanfreins 10 en amont du tronçon courbe 13. Ces chanfreins s’évasent en direction de l’orifice d’échappement 3 mais ils ont des angles d’ouverture α et β différents. Le premier chanfrein 11 est formé par la rotation d’une droite génératrice primaire D1 autour de l’axe X-X’. La droite génératrice primaire D1 est inclinée vers l’axe X-X’ et forme avec ledit axe un angle d’ouverture primaire α. De la même manière, le deuxième chanfrein 12 est formé par la rotation d’une droite génératrice secondaire D2. La droite génératrice secondaire D2 est aussi inclinée vers l’axe X-X’ et forme avec ledit axe un angle d’ouverture secondaire β. Dans l’exemple illustré, l’angle d’ouverture primaire α est supérieur à l’angle d’ouverture secondaire β. En d’autres termes, le premier chanfrein 11 et le deuxième chanfrein 12 présentent tous les deux la forme d’un tronc de cône d’axe X-X’. Le tronc de cône du premier chanfrein 11 est plus évasé que celui du deuxième chanfrein 12. Ici, le deuxième chanfrein 12 est destiné à être en contact avec une face d’obturation d’une soupape d’échappement pour couper la communication entre le conduit d’échappement et la chambre de combustion. Autrement dit, le deuxième chanfrein 12 sert d’appui pour la soupape d’échappement en position de fermeture. Dans cet exemple, le deuxième chanfrein 12 est le dernier chanfrein de la série 10. Le tronçon courbe 13 est disposé à la suite de la série de chanfreins 10, et précisément à la suite du deuxième chanfrein 12. Le tronçon courbe 13 est délimité par une surface de révolution qui est générée par la rotation d’un arc de cercle C autour de l’axe principal X-X’. Dans l’exemple illustré, l’arc de cercle C présente une extrémité amont 131 et une extrémité avale 132. L’extrémité amont 131 est formée d’un point de rencontre entre la droite génératrice secondaire D2 et l’arc de cercle C alors que l’extrémité aval 132 est situé dans un plan L passant par la jonction 4 entre la partie usinée 21 et la partie brute 22 du conduit d’échappement. Selon l’invention et comme dans l’exemple illustré, l’arc de cercle C est conçu de façon que l’extrémité amont 131 soit un point de contact entre une première tangente P et l’arc de cercle C. La particularité de la première tangente P est qu’elle est alignée avec la droite génératrice secondaire D2. Décrit autrement, le prolongement de la droite génératrice secondaire D2 vers l’axe principal X-X’ est tangent à l’arc de cercle C au niveau de l’extrémité amont 131. Quant à l’extrémité avale 132, celle-ci est un point de contact entre une deuxième tangente D3 et l’arc de cercle C. Ici, la deuxième tangente est la droite génératrice D3 du tronçon cylindrique 220 de la partie brute 22 du conduit d’échappement. Décrit d’une autre manière, au niveau de l’extrémité avale 132, l’arc de cercle C est perpendiculaire au plan L passant par la jonction 4 entre la partie usinée 21 et la partie brute 22. De cette manière, la continuité entre la partie avale du tronçon courbe 13 avec le tronçon cylindrique 220 est assurée. On évite donc l’apparition d’un décrochement au niveau de la jonction entre le siège de soupape 1 et la partie brute 22. D’un point de vue géométrique, l’arc de cercle C fait partie d’un cercle de centre O et de rayon R. Comme illustré sur la figure 2, le centre O du cercle est situé dans le plan L passant par la jonction 4. Entre les extrémités amont et aval 131 et 132, l’arc de cercle C présente une étendue angulaire γ. Le siège de soupape 1 tel que décrit permet d’optimiser l’écoulement du flux de gaz circulant dans le conduit d’échappement, en particulier au niveau de la sortie du siège lors de la faible levée de la soupape. Il diminue fortement les décollements d’air à ce niveau, ce qui permet de conserver une bonne perméabilité du conduit d’échappement. Bien entendu, diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées au mode de réalisation décrit précédemment dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, le siège de soupape peut être une pièce distincte du conduit d’échappement. Dans ce cas, le siège de soupape peut être rapporté au conduit d’échappement et inséré dans un logement qui lui est dédié. Le logement doit être conçu de manière à pouvoir assurer une continuité entre la surface du tronçon courbe et la surface du tronçon cylindrique adjacent. La série de chanfreins peut comporter plus que deux chanfreins. Par exemple, elle peut comporter trois chanfreins ayant des angles d’ouverture différents et des étendues axiales différentes. Siège de soupape (1) pour conduit d’échappement (2) présentant d’un axe principal (X-X’) et comprenant une série de chanfreins (10) composée d’au moins deux chanfreins (11, 12) successifs et ayant des angles d’ouverture différents (α, β), le dernier chanfrein (12) de la série de chanfreins (10) étant obtenu par la rotation d’une droite génératrice secondaire (D2) autour de l’axe principal (X-X’), ledit siège de soupape (1) étant caractérisé en ce que : - le siège de soupape (1) comprend en outre un tronçon courbe (13) disposé à la suite de la série de chanfreins (10); - ledit tronçon courbe (13) est délimité par une surface de révolution (S) qui est générée par la rotation d’un arc de cercle (C) autour de l’axe principal (X-X’), - ledit arc de cercle (C) s’étend entre une extrémité amont (131) et une extrémité avale (132), ladite extrémité amont (131) étant un point de rencontre entre l’arc de cercle (C) et la droite génératrice secondaire (D2), et l’extrémité avale (132) étant destinée à former un point tangent entre l’arc de cercle (C) et une droite génératrice (D3) d’un tronçon sensiblement cylindrique (220) du conduit d’échappement (2) adjacent au tronçon courbe (13). Siège de soupape (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la droite génératrice secondaire (D2) est alignée à une tangente (P) à l’arc de cercle (C) au niveau de l’extrémité amont (131) dudit arc (C). Siège de soupape (1) selon la revendication 1 ou selon la revendication 2, caractérisé en ce que : - la droite génératrice secondaire (D2) est inclinée vers l’axe principal (X-X’) et forme avec ledit axe un angle d’ouverture secondaire (β) ; - la série de chanfreins (10) comprend un premier chanfrein (11) obtenu par la rotation d’une droite génératrice primaire (D1) autour de l’axe principal (X-X’), ladite droite génératrice primaire (D1) étant inclinée vers l’axe principal (X-X’) et formant avec ledit axe un angle d’ouverture primaire (α) ; et - ledit angle d’ouverture primaire (α) est supérieur à l’angle d’ouverture secondaire (β). Siège de soupape selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la série de chanfreins comprend trois chanfreins présentant des angles d’ouverture différents. Culasse de moteur à combustion interne prévue pour fermer l’extrémité d’un cylindre formant une chambre de combustion, la culasse comportant : - un conduit d’échappement (2) débouchant dans la chambre de combustion et comprenant le tronçon sensiblement cylindrique (220), et - un siège de soupape (1) selon l’une des revendications précédentes et disposé au niveau du débouché du conduit d’échappement de manière à ce que le tronçon sensiblement cylindrique (220) du conduit d’échappement (2) soit adjacent au tronçon courbe (13) du siège de soupape (1). Culasse selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le siège de soupape (1) est venu de matière avec le conduit d’échappement (2). Moteur à combustion interne comprenant la culasse selon la revendication 5 ou selon la revendication 6.