EP0470874B1 - Moteur à combusting interne à dispositif d'admission d'air intégré dans la culasse - Google Patents

Moteur à combusting interne à dispositif d'admission d'air intégré dans la culasse Download PDF

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EP0470874B1
EP0470874B1 EP91401889A EP91401889A EP0470874B1 EP 0470874 B1 EP0470874 B1 EP 0470874B1 EP 91401889 A EP91401889 A EP 91401889A EP 91401889 A EP91401889 A EP 91401889A EP 0470874 B1 EP0470874 B1 EP 0470874B1
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internal combustion
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    • F02F2001/244—Arrangement of valve stems in cylinder heads
    • F02F2001/245—Arrangement of valve stems in cylinder heads the valve stems being orientated at an angle with the cylinder axis

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine of the type comprising at least one cylinder head with several aligned cylinders and an air intake device comprising a distribution box for the intake air to which an air tube is connected and at least one intake duct, the outlet of which is connected to an intake manifold formed in the cylinder head
  • the object of the invention is to propose a design of the upper part of the engine which makes it possible to solve the problems of space and internal arrangements of the engine compartment which have just been mentioned.
  • the invention provides an engine of the type mentioned above, characterized in that it comprises a cylinder head cover, receiving mechanical assemblies (40, 42) rotatably mounted, which is mounted on the upper face of the cylinder head and which comprises partitions which divide the internal cavity into compartments to constitute the air distribution unit.
  • the engine 10 essentially consists of a cylinder block 12 surmounted by a cylinder head 14 covered by a cylinder head cover 16.
  • the cylinder head is supplied with intake air by an intake device 20 comprising an air distribution unit 22 to which are connected an inlet tube 24 equipped with a throttle valve 26 and tubular conduits of suction 28, the outlets of which are connected to the intake pipes (not shown) formed in the cylinder head 14.
  • an intake device 20 comprising an air distribution unit 22 to which are connected an inlet tube 24 equipped with a throttle valve 26 and tubular conduits of suction 28, the outlets of which are connected to the intake pipes (not shown) formed in the cylinder head 14.
  • FIGS 1 and 2 also recognize the fuel injectors 30 and an air filter 32.
  • the cylinder head cover 16 only has the function of closing the upper face of the cylinder head while protecting the rotating moving parts such as the camshafts and / or rocker linkages.
  • Each cylinder is connected to the air intake device by three intake valves and to the exhaust by two exhaust valves.
  • the two intake valves 34 are controlled by a first camshaft 40 while the intake valve 36 and the two exhaust valves 38 are controlled by a second camshaft 42.
  • the axes of rotation of the camshafts 40 and 42 are parallel to the line of the cylinder heads of the cylinder head.
  • the cylinder head 14 has a lower face 44 designed to cooperate with the upper face of the cylinder block 12 with the interposition of a cylinder head gasket, the combustion chamber 46 of each cylinder being formed at least partially in this lower face 44.
  • the cylinder head 14 has a flat upper face 48 parallel to the lower face 44 which cooperates with the lower face 50 of the cylinder head cover 16.
  • the cylinder head 14 is fixed to the engine block 12 by a series of screws 52 while the cylinder head cover 16 is fixed to the cylinder head 14 by a series of screws 54.
  • the cylinder head cover 16 is delimited externally by a wall 56 and divided internally by several partitions 58 and 60 which extend parallel to the line of the cylinders.
  • the internal space or compartment 62 essentially delimited by the external wall 56 and by the partitions 58 and 60 constitutes the major part of the distribution box for the intake air between the long intake ducts 28 or the ducts short admission 66.
  • the intake box is completed by a cell 68 formed in the upper face 48 of the cylinder head 14 which faces the space 62 of the cover 16.
  • the short intake duct of the intake valve 36 is in fact constituted by a portion of intake manifold 66 formed in the cylinder head 14 and which opens into the cavity 68.
  • Each long intake duct 28 is formed in the cylinder head cover 16, is connected to the internal space 62 of this cover and opens into a long intake manifold 72 formed in the cylinder head 14.
  • the entire air intake device is therefore integrated into the upper part of the engine.
  • the partitions 58 and 60 and the outer wall 56 of the cover 16 also delimit two chambers 74 and 76 which receive the camshafts 40 and 42.
  • Rooms 74 and 76 are completed by complementary cells 78 and 80 formed in the upper face 48 of the cylinder head 14.
  • the chambers 74 and 76 are isolated from the distribution box 62 by the transverse partitions 82 and 84 which delimit them and in which upper half-bearings 86 and 88 are formed respectively which cooperate with corresponding lower half-bearings 90 and 92 to ensure the rotational mounting of the camshafts 40 and 42 on the cylinder head 14.
  • the assembly consisting of the cylinder head 14 and the cover 16 also performs the rotational mounting of the moving parts of the cylinder head.
  • a spark plug 91 is mounted in a cylindrical hole 93 in the cylinder head 14 which is extended by a corresponding hole 94 formed in the cover 16.
  • Injectors 96 are mounted laterally on the cylinder head 14 in injection conduits 98 which open in the vicinity of the heads of the valves 34 at the lower end of the long intake pipes 72.
  • the upper half-bearings 86 and 88 provided for receiving the camshafts are not formed directly in the cover 16 but in the caps of independent bearings 100 and 102 which are themselves located in rooms 74 and 76.
  • the invention is of course not limited to the embodiment which has just been described, the number of valves of each cylinder possibly being different, for example, as can the control of the intake, applications of the invention n not being limited to overhead camshaft engines.

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Description

  • La présente invention concerne un moteur à combustion interne du type comportant au moins une culasse à plusieurs cylindres alignés et un dispositif d'admission d'air comportant un boîtier de répartition de l'air d'admission auxquels sont raccordés un tube d'air et au moins un conduit d'admission dont la sortie est reliée à une tubulure d'admission formée dans la culasse
  • La modification du style des véhicules automobiles modernes en vue d'en améliorer l'esthétique et la pénétration dans l'air a conduit progressivement à dessiner le capot moteur avant plongeant depuis la base du pare-brise vers l'avant du véhicule.
  • Cette tendance aboutit à une réduction du volume disponible pour l'agencement du moteur dans le compartiment moteur, et il en résulte des difficultés d'implantation du moteur lorsque ce dernier comporte un dispositif d'admission d'air du type mentionné précédemment. extérieur à la culasse, qui est très encombrant comme cela est illustré dans le document EP-A-0307571, et d'un montage compliqué.
  • Parallèlement, de manière à améliorer l'agrément de conduite en modifiant la courbe de caractéristique de puissance du moteur, il s'est avéré nécessaire de prévoir au moins une paire de conduits tubulaires d'aspiration de longueurs différentes qui peuvent se rejoindre en un raccord en Y pour alimenter un tuyau d'admission relié à un cylindre du moteur.
  • L'invention a pour but de proposer une conception de la partie haute du moteur qui permette de résoudre les problèmes d'encombrement et d'aménagements internes du compartiment moteur qui viennent d'être mentionnés.
  • Dans ce but l'invention propose un moteur du type mentionné plus haut, caractérisé en ce qu'il comporte un couvercle de culasse, recevant des équipages mécaniques (40, 42) montés tournants, qui est monté sur la face supérieure de la culasse et qui comporte des cloisons qui en divisent la cavité interne en compartiments pour constituer le boîtier de répartition d'air.
  • Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
    • les compartiments débouchent dans la face inférieure du couvercle pour coopérer avec des alvéoles en regard formées dans la face supérieure de la culasse ;
    • le boîtier de répartition est délimité extérieurement par la paroi du couvercle de culasse et intérieurement par des cloisons sensiblement parallèles à la ligne des cylindres ;
    • les cloisons parallèles coopèrent avec des parois latérales du couvercle de culasse pour délimiter latéralement des chambres séparées du boîtier de répartition et des conduits d'admission et qui reçoivent les équipages mécaniques de la culasse qui sont montés tournants autour d'axes de rotation parallèles à la ligne des cylindres ;
    • les chambres sont délimitées transversalement par des parties de cloisons transversales internes du couvercle de culasse dans lesquelles sont formés des demi-paliers de rotation des équipages mobiles de la culasse qui coopèrent avec des demi-paliers complémentaires formés dans la face supérieure de la culasse.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
    • Les figures 1 et 2 sont des vues schématiques extérieures d'un moteur à combustion interne à quatre cylindres en ligne selon l'état de la technique, c'est-à-dire comportant un dispositif d'admission indépendant de la culasse ;
    • les figures 3 et 4 sont des vues similaires à celles des figures 1 et 2 qui représentent un moteur réalisé conformément aux enseignements de l'invention:
    • la figure 5 est une vue de dessous d'une partie de la face inférieure d'une culasse d'un moteur à cinq soupapes par cylindre ;
    • la figure 6 est une vue en section selon la ligne 6-6 de la figure 5 ;
    • la figure 7 est une vue en section selon la ligne 7-7 de la figure 5 ;
    • la figure 8 est une vue en section selon la ligne 8-8 de la figure 5 ; et
    • la figure 9 est une vue en section similaire à celles des figures 6 à 8 illustrant une variante de réalisation de la culasse d'un moteur selon les enseignements de la présente invention.
  • On reconnaît aux figures 1 et 2 un moteur 10 du type à quatre cylindres alignés.
  • Le moteur 10 est constitué pour l'essentiel d'un bloc cylindre 12 surmonté d'une culasse 14 recouverte par un couvre-culasse 16.
  • La culasse est alimentée en air d'admission par un dispositif d'admission 20 comportant un boîtier de répartition d'air 22 auxquels sont raccordés un tube d'entrée 24 équipé d'un papillon de commande des gaz 26 et des conduits tubulaires d'aspiration 28 dont les sorties sont reliées aux tubulures d'admission (non représentées) formées dans la culasse 14.
  • On reconnaît également aux figures 1 et 2 les injecteurs d'essence 30 et un filtre à air 32.
  • Dans cette conception classique d'un moteur, le couvre-culasse 16 n'a pour fonction que de fermer la face supérieure de la culasse en protégeant les équipages mobiles tournants tels que les arbres à cames et/ou tringleries de culbuteurs.
  • Dans la conception selon l'invention d'un moteur tel que représenté aux figures 3 et 4, on constate qu'il n'existe plus de dispositif d'admission d'air 20 indépendant de la culasse et du couvre-culasse 16 mais que l'ensemble est intégré à ces deux éléments dans lesquels débouche directement le tube d'entrée 24.
  • Dans la vue de la figure 3 on peut voir la silhouette extérieure de paires de conduits longs d'admission 28.
  • En comparant les schémas 1, 2 et 3, 4 on constate immédiatement que l'encombrement global de la partie supérieure du moteur 10 est réduit de manière importante grâce à la conception selon l'invention de la partie supérieure du moteur selon les agencements particuliers qui seront décrits maintenant.
  • On décrira par la suite en référence aux figures 5 à 8 un mode de réalisation de la culasse 14 et du couvercle ou couvre-culasse 16 pour un moteur à arbres à cames en tête et à cinq soupapes par cylindre.
  • Chaque cylindre est relié au dispositif d'admission d'air par trois soupapes d'admission et à l'échappement par deux soupapes d'échappement.
  • En se reportant à la figure 5, on distinguera les deux soupapes d'admission identiques 34 qui sont reliées à des conduits d'admission dits longs et la soupape d'admission 36 reliée à un conduit d'admission court.
  • Les deux soupapes d'admission 34 sont commandées par un premier arbre à cames 40 tandis que la soupape d'admission 36 et les deux soupapes d'échappement 38 sont commandées par un second arbre à cames 42.
  • Les axes de rotation des arbres à cames 40 et 42 sont parallèles à la ligne des cylindres de la culasse.
  • La culasse 14 comporte une face inférieure 44 prévue pour venir coopérer avec la face supérieure du bloc cylindre 12 avec interposition d'un joint de culasse, la chambre de combustion 46 de chaque cylindre étant formée au moins partiellement dans cette face inférieure 44.
  • La culasse 14 comporte une face supérieure 48 plane parallèle à la face inférieure 44 qui coopère avec la face inférieure 50 du couvercle de culasse 16.
  • La culasse 14 est fixée au bloc moteur 12 par une série de vis 52 tandis que le couvre-culasse 16 est fixé à la culasse 14 par une série de vis 54.
  • Le couvercle de culasse 16 est délimité extérieurement par une paroi 56 et divisé intérieurement par plusieurs cloisons 58 et 60 qui s'étendent parallèlement à la ligne des cylindres.
  • L'espace interne ou compartiment 62 délimité pour l'essentiel par la paroi extérieure 56 et par les cloisons 58 et 60 constitue la majeure partie du boîtier de répartition de l'air d'admission entre les conduits d'admission longs 28 ou les conduits d'admission courts 66.
  • Le boîtier d'admission est complété par un alvéole 68 formé dans la face supérieure 48 de la culasse 14 qui est en regard de l'espace 62 du couvercle 16.
  • Dans le mode de réalisation représenté aux figures, le conduit d'admission court de la soupape d'admission 36 est en fait constitué par une portion de tubulure d'admission 66 formée dans la culasse 14 et qui débouche dans l'alvéole 68.
  • Chaque conduit d'admission long 28 est formé dans le couvercle de culasse 16, est relié à l'espace interne 62 de ce couvercle et débouche dans une tubulure d'admission longue 72 formée dans la culasse 14.
  • Selon une première caractéristique de l'invention, l'ensemble du dispositif d'admission d'air se trouve donc intégré à la partie supérieure du moteur.
  • Les cloisons 58 et 60 et la paroi extérieure 56 du couvercle 16 délimitent également deux chambres 74 et 76 qui reçoivent les arbres à cames 40 et 42.
  • Les chambres 74 et 76 sont complétées par des alvéoles complémentaires 78 et 80 formées dans la face supérieure 48 de la culasse 14.
  • Les chambres 74 et 76 sont isolées du boîtier de répartition 62 par les cloisons transversales 82 et 84 qui les délimitent et dans lesquelles sont formées respectivement des demi-paliers supérieurs 86 et 88 qui coopèrent avec des demi-paliers inférieurs correspondants 90 et 92 pour assurer le montage à rotation des arbres à cames 40 et 42 sur la culasse 14.
  • C'est le montage et le serrage du couvercle 16 sur la culasse 14 qui réalisent le montage à rotation des arbres à cames 40 et 42.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, l'ensemble constitué de la culasse 14 et du couvercle 16 réalise également le montage à rotation des équipages mobiles de la culasse.
  • Une bougie 91 est montée dans un trou cylindrique 93 de la culasse 14 qui se prolonge par un trou correspondant 94 formé dans le couvercle 16.
  • Des injecteurs 96 sont montés latéralement sur la culasse 14 dans des conduits d'injection 98 qui débouchent au voisinage des têtes des soupapes 34 à l'extrémité inférieure des tubulures d'admission longues 72.
  • Dans la variante de réalisation représentée à la figure 9, les demi-paliers supérieurs 86 et 88 prévus pour recevoir les arbres à cames ne sont pas formés directement dans le couvercle 16 mais dans les chapeaux de paliers indépendants 100 et 102 qui sont eux-mêmes situés dans les chambres 74 et 76.
  • L'invention n'est bien entendu pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit, le nombre des soupapes de chaque cylindre pouvant par exemple être différent de même que la commande de l'admission, des applications de l'invention n'étant pas limitées aux moteurs à arbres à cames en tête.

Claims (5)

  1. Moteur (10) à combustion interne du type comportant au moins une culasse (14) à plusieurs cylindres alignés, un dispositif d'admission d'air comportant un boîtier de répartition de l'air d'admission auxquels sont raccordés un tube d'entrée d'air (24) et au moins un conduit d'admission dont la sortie est reliée à une tubulure d'admission formée dans la culasse (14), caractérisé en ce qu'il comporte un couvercle de culasse (16), recevant des équipages mécaniques (40, 42) montés tournants, qui est monté sur la face supérieure (48) de la culasse (14) et qui comporte des cloisons (58, 60) qui en divisent la cavité interne en compartiments pour constituer le boîtier de répartition d'air.
  2. Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits compartiments (62) débouchent dans la face inférieure (50) du couvercle de culasse (16) pour coopérer avec des alvéoles (68) formés en regard dans la face supérieure (48) de la culasse (14).
  3. Moteur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le boîtier de répartition d'air (62) est délimité extérieurement par la paroi (56) du couvercle de culasse (16) et intérieurement par des cloisons (58, 60) sensiblement parallèles à la ligne des cylindres du moteur
  4. Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les cloisons parallèles (58, 60) coopèrent avec les parois latérales (56) du couvercle de culasse (16) pour délimiter latéralement des chambres (74, 76) séparées du boîtier de répartition (62) et des conduits d'admission (28) et qui reçoivent les équipages mécaniques (40, 42) de la culasse (14) qui sont montés tournants autour d'axes de rotation parallèles à la ligne des cylindres.
  5. Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites chambres (74, 76) sont délimitées transversalement par des parties de cloisons transversales (82, 84) internes du couvercle de culasse (16) dans lesquelles sont formés des demi-paliers de rotation (86, 88) pour les équipages mobiles (40, 42) qui coopèrent avec des demi-paliers complémentaires (90, 92) formés dans la face supérieure (48) de la culasse.
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