EP1959123A1 - Moteur à combustion interne comportant un répartiteur d'admission d'air et procédé de fabrication d'un tel répartiteur - Google Patents

Moteur à combustion interne comportant un répartiteur d'admission d'air et procédé de fabrication d'un tel répartiteur Download PDF

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EP1959123A1
EP1959123A1 EP08151403A EP08151403A EP1959123A1 EP 1959123 A1 EP1959123 A1 EP 1959123A1 EP 08151403 A EP08151403 A EP 08151403A EP 08151403 A EP08151403 A EP 08151403A EP 1959123 A1 EP1959123 A1 EP 1959123A1
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EP
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distributor
cylinder head
inlet
air intake
air
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Withdrawn
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EP08151403A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Martial Dore
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PSA Automobiles SA
Original Assignee
Peugeot Citroen Automobiles SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/243—Cylinder heads and inlet or exhaust manifolds integrally cast together

Definitions

  • the invention relates to internal combustion engines, and more particularly to the air supply of these engines.
  • the invention applies in particular to the motorization of motor vehicles, and more particularly to small vehicles whose engine compartment is relatively small.
  • Internal combustion engines with in-line cylinders as mounted on motor vehicles, generally consist of a first casing, said cylinder casing in which are the in-line cylinders as well as the movable hitch consisting of the assembly piston / connecting rod / crankshaft.
  • a second housing Above the cylinder block, along an axis substantially parallel to the vertical axis of the cylinders, is fixed a second housing, said cylinder head housing which includes the distribution mainly composed of valves and camshafts.
  • the cylinder head cover is closed by a cylinder head cover which includes openings for the de-oiling function and for the air intake manifold.
  • the air intake manifold generally composed of an air intake chamber, also called plenum and air intake ducts connecting said chamber to cylinders. It then appears that the layout of the distributor does not go in the direction of compactness sought along the vertical axis of the vehicle.
  • the present invention aims a space-saving engine especially for small vehicles, and whose manufacturing cost is reduced compared to a conventional engine.
  • the invention relates to an internal combustion engine comprising a bank of cylinders arranged in a plane (Z, Y), and a cylinder head housing, each cylinder being provided with at least one intake duct of air.
  • the intake ducts are fed by an air intake manifold comprising an air distribution chamber, the air distribution chamber and the intake ducts being integrated in the casing of the casing.
  • the splitter input is perpendicular to the (Z, Y) plane and is the only opening on the splitter input face.
  • the cylinder head housing is made of aluminum alloy.
  • the inlet is preferably elliptical, with a major axis parallel to the length of the bank of cylinders, and a small axis parallel to the height of the bench. It is prefence arranged centered according to the height and the width of the splitter.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a motor as defined above, with a cylinder head integrating the splitter obtained by a single casting step, with a single air core simultaneously delimiting the interior volume of the cylinder head housing (3), air intake ducts and the air distribution chamber.
  • the invention also relates to a vehicle equipped with a motor according to the invention, arranged with the plane (Z, Y) substantially parallel to the width of the vehicle, and the input of the distributor facing the rear of the vehicle.
  • the figure 1 represents an internal combustion engine 1 provided with a bank of 4 cylinders, aligned along the hard Y axis X, Y, Z reference, this bank forming having a parallelepiped parallel to the plane defined by the axes Y, Z.
  • the engine 1 comprises a cylinder head 3, covered by a cylinder head cover 40 separate from said case 3 and which integrates a de-oiler 41 and a camshaft bearing cap cover 42.
  • a distributor 90 air intake is formed in the housing of breech 3 and not in the breech cover 40.
  • the air intake distributor 90 comprises an inlet 91 oriented substantially along the axis X, therefore perpendicular to the plane YZ of the cylinder bank.
  • a conventional exhaust gas recirculation device comprising a valve 5, a bypass 6, an exchanger 7 and a duct 8 has also been provided.
  • the figure 2 represents the cylinder head housing 3 which is integrated an air intake manifold 90 comprising an inlet 91 opening on the rear face of the engine 1, and which is associated with a conventional exhaust gas recirculation device.
  • On either side of the distributor 90 have been arranged in the cylinder head 3, on the one hand a conduit leading to the valve 5 and on the other hand a metering device 10.
  • the conduit leading to the valve 5 allows to convey part of the exhaust gas to the valve 5.
  • the exhaust gas passes through the bypass 6 and is then cooled in the exchanger 8.
  • the metering device 10 makes it possible to regulate the flow of fresh air that travels from said metering device 10 to the inlet 91 of the distributor 90 through a conduit not shown in the figures.
  • the duct 8 makes it possible to route the cooled exhaust gases in the exchanger 7 to a tap, not shown in the figures, made in the duct connecting the metering device 10 to the inlet 91 of the distributor 90.
  • the figure 3 represents an air intake manifold 90 composed of an elongate air distribution chamber 92 extending along the transverse axis y of the vehicle.
  • the air distribution chamber 92 communicates with each cylinder of the engine by means of two air intake ducts 93, one duct per admission.
  • Said air intake ducts 93 extend along an axis substantially parallel to the longitudinal axis x of the vehicle and admit a bent portion at the junction 94 with the cylinders.
  • the subject of the invention is also a manufacturing method enabling a motor according to the invention to be produced in a simple manner.
  • the manufacturing process of the cylinder head housing 3 incorporating the distributor 90 comprises a single step of core foundry delimiting simultaneously the internal volume of said housing 3 and the air distribution chamber 92 of the distributor 90.
  • the internal volume of the air distribution chamber 92 is obtained by means of a single casting core, when the unique foundry stage. The latter is summarized in a conventional manner to the casting of the alloy constituting the housing 3.
  • the internal volume of the air intake distributor 90 consisting of the air distribution chamber 92 and the air intake ducts 93, is obtained by means of a single casting core. , at the single foundry stage.
  • the Figures 4A, 4B and 4C illustrate more precisely an embodiment allowing such a result in the case of a 4-cylinder in-line engine.
  • the foundry core corresponding to the internal volume of the air distribution manifold 90 is maintained during casting by a single core scope which, upon removal, delimits the input 91 of the distributor.
  • the cylinder head housing 3 is made of aluminum alloy.
  • the core corresponding to this interior volume is very schematically in the shape of a fork whose pikes correspond to the valve ducts, the base, the common part of all the cylinders of the distributor and the handle, at the entrance 91.
  • the sizing of the distribution chamber 92 and the core range, and the relative positioning of these two elements relative to each other, have thus made it possible not to have to predispose other ports at the ends E1 and E2 of the air intake manifold 90, whether for carrying or desanding the air core.
  • the core scope delimiting the input 91 of the distributor, has a section S1, elliptical in shape, whose major axis is L1, and the small axis L2.
  • This range is relatively well centered with respect to the distribution chamber 92, of length L5 and height L6.
  • the small axis L2 section S1 is also very close to the height L6 of the distribution chamber 92.
  • the value of L2 will advantageously be chosen between 65% and 70% of the height L6.
  • the core used preferably has a substantially constant section, substantially identical to section 1 of the scope of the same core, which certainly contributes to its strength and robustness.
  • the integration of the distributor 90 in the cylinder block 3 reduces the overall size of the engine. Under these conditions, it becomes possible to arrange the engine with a bank of cylinders oriented no longer substantially parallel to the length of the vehicle, but on the contrary transversely, therefore substantially parallel to the width of the vehicle, the distributor being then rotated advantageously towards the rear of the vehicle, ie the side of the passenger compartment. Such an arrangement is particularly interesting in case of pedestrian impact, the distributor being far from the impact zone of the pedestrian's head, and thus constituting a less risk of serious injury.
  • the volume of air contained in the distribution chamber 92 allows to lighten the cylinder head casing 3.
  • mass savings of up to 10%.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Moteur à combustion interne (1) comportant un banc de cylindres disposés selon un plan (Z,Y), et un carter de culasse (3), chaque cylindre étant pourvu d'au moins un conduit d'admission d'air (93), lesdits conduits d'admission (93) étant alimentés par un répartiteur d'admission d'air (90) comportant une chambre de répartition d'air (92), la chambre de répartition d'air (92) et les conduits d'admission étant intégrés de fonderie dans le carter de culasse, caractérisé en ce que l'entrée (91) du répartiteur est perpendiculaire au plan (Z,Y) et constitue l'unique ouverture sur la face d'entrée du répartiteur.

Description

  • L'invention a trait aux moteurs à combustion interne, et plus spécialement à l'alimentation en air de ces moteurs. L'invention s'applique notamment à la motorisation des véhicules automobiles, et plus particulièrement des véhicule de petites tailles dont le compartiment moteur est relativement petit.
  • Les moteurs de véhicules automobiles connaissent aujourd'hui de nouvelles contraintes en termes de compacité. En effet, compte tenu de certains courants de style qui conduisent à un abaissement des capots-avants, les constructeurs sont amenés à diminuer l'encombrement du moteur suivant l'axe vertical du véhicule.
  • Les moteurs à combustion interne à cylindres en ligne, tels que montés sur des véhicules automobiles, se composent généralement d'un premier carter, dit carter de cylindres dans lequel se trouvent les cylindres en ligne ainsi que l'attelage mobile composé de l'ensemble pistons/bielles/vilebrequin. Au dessus du carter de cylindres, suivant un axe sensiblement parallèle à l'axe vertical des cylindres, vient se fixer un second carter, dit carter de culasse qui renferme notamment la distribution composée principalement des soupapes et des arbres à cames. Le carter de culasse est fermé par un couvercle de culasse qui comprend des ouvertures pour la fonction de déshuilage et pour le répartiteur d'admission d'air. Ainsi, entre la partie supérieure du moteur et le capot se trouve le répartiteur d'admission d'air généralement composé d'une chambre d'admission d'air, appelée également plénum et de conduits d'admission d'air reliant ladite chambre aux cylindres. Il apparaît alors que l'implantation du répartiteur ne va pas dans le sens de la compacité recherchée suivant l'axe vertical du véhicule.
  • Afin, de diminuer l'encombrement du moteur suivant l'axe vertical du véhicule, les documents de l'art antérieur US6009863 et EP1482147 proposent d'intégrer le répartiteur d'admission d'air dans le couvercle de culasse. Ce concept ne permettant pas toutefois de réduire suffisamment la cote verticale, une autre solution, également connue de l'art antérieur, a été envisagée. Cette dernière consiste à déporter le répartiteur d'admission d'air de manière à le fixer, non plus sur la face supérieure du moteur, mais sur une face latérale du moteur, et plus particulièrement au voisinage du carter de culasse. Compte tenu des contraintes liées à l'alignement des cylindres, le répartiteur d'admission d'air est vissé plus précisément sur le carter de culasse, en regard de l'habitacle du véhicule. Cette solution nécessite toutefois de fixer de manière étanche le répartiteur d'admission d'air sur le carter de culasse.
  • Par ailleurs, il est connu de EP-519355 des moteurs pour bateau dont le répartiteur d'admission est intégré de fonderie au carter de culasse. La chambre formant le répartiteur est obtenue en utilisant 3 portées de noyau, la portée centrale constituant l'entrée du répartiteur et les autres portées formant des orifices obturés après usinage par des bouchons. Cette disposition renchérit beaucoup le coût de l'opération de fonderie.
  • La présente invention a pour but un moteur peu encombrant tout particulièrement destiné aux petits véhicules, et dont le coût de fabrication est réduit par rapport à un moteur conventionnel.
  • Plus précisément, l'invention a pour objet un moteur à combustion interne comportant un banc de cylindres disposés selon un plan (Z,Y), et un carter de culasse, chaque cylindre étant pourvu d'au moins un conduit d'admission d'air. Les conduits d'admission sont alimentés par un répartiteur d'admission d'air comportant une chambre de répartition d'air, la chambre de répartition d'air et les conduits d'admission étant intégrés de fonderie dans le carter de culasse. L'entrée du répartiteur est perpendiculaire au plan (Z,Y) et constitue l'unique ouverture sur la face d'entrée du répartiteur.
  • Selon d'autres caractéristiques, le carter de culasse est en alliage d'aluminium.
  • L'entrée est de préférence elliptique, avec un grand axe parallèle à la longueur du banc de cylindres, et un petit axe parallèle à la hauteur du banc. Elle est de préfence disposée centrée selon la hauteur et la largeur du répartiteur.
  • L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un moteur tel que défini précédemment, avec une culasse intégrant le répartiteur obtenue par une seule étape de fonderie, avec un unique noyau d'air délimitant simultanément le volume intérieur du carter de culasse (3), des conduits d'admission d'air et de la chambre de répartition d'air.
  • L'invention a également pour objet un véhicule équipé d'un moteur selon l'invention, disposé avec le plan (Z,Y) essentiellement parallèle à la largeur du véhicule, et l'entrée du répartiteur tournée vers l'arrière du véhicule.
  • D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après effectuée, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures dans lesquelles :
    • ■ La figure 1 représente une vue d'ensemble d'un moteur à combustion interne destiné à être monté sur un véhicule selon un mode de réalisation de l'invention,
    • ■ La figure 2 est une vue d'un carter de culasse selon le mode de réalisation représenté en figure 1,
    • ■ La figure 3 est une vue en coupe suivant un axe x du carter de culasse représenté en figure 2.
    • ■ Les figures 4A, 4B et 4C illustrent différents choix d'architecture du moteur permettant l'utilisation d'une unique portée de noyaux pour réaliser la chambre de répartition et les conduits d'admission.
  • La figure 1 représente un moteur à combustion interne 1 muni d'un banc de 4 cylindres, alignés selon l'axe Y dur repère X, Y, Z, ce banc formant ayant un parallélépipède parallèle au plan défini par les axes Y, Z.
  • Le moteur 1 comporte un carter de culasse 3, recouvert par un couvercle de culasse 40 distinct dudit carter 3 et qui intègre un déshuileur 41 ainsi qu'un carter chapeau de paliers d'arbres à cames 42. Conformément à l'invention, un répartiteur d'admission d'air 90 est ménagé dans le carter de culasse 3 et non pas dans le couvercle de culasse 40.
  • Plus précisément, le répartiteur d'admission d'air 90 comprend une entrée 91 orientée essentiellement selon l'axe X, donc perpendiculaire au plan YZ du banc de cylindre. Sur cette même face du moteur sur laquelle débouche l'entrée 91, on a de plus aménagé un dispositif classique de recirculation des gaz d'échappement comprenant une vanne 5, un by-pass 6, un échangeur 7 et un conduit 8.
  • La figure 2 représente le carter de culasse 3 auquel est intégré un répartiteur d'admission d'air 90 comprenant une entrée 91 débouchant sur la face arrière du moteur 1, et auquel est associé un dispositif classique de recirculation des gaz d'échappement. De part et d'autre du répartiteur 90, ont été aménagé dans le carter de culasse 3, d'une part un conduit menant à la vanne 5 et d'autre part un doseur 10. Le conduit menant à la vanne 5 permet d'acheminer une partie des gaz d'échappement à la vanne 5. Selon le besoin les gaz d'échappement traversent le by-pass 6 puis sont refroidis dans l'échangeur 8. Le doseur 10 permet de régler le débit d'air frais qui chemine depuis ledit doseur 10 jusqu'à l'entrée 91 du répartiteur 90 au travers d'un conduit non représenté sur les figures. Le conduit 8 permet d'acheminer les gaz d'échappement refroidis dans l'échangeur 7 jusqu'à un piquage, non représenté sur les figures, effectué dans le conduit reliant le doseur 10 à l'entrée 91 du répartiteur 90.
  • La figure 3 représente un répartiteur d'admission d'air 90 composé d'une chambre de répartition d'air 92 de forme allongée s'étendant suivant l'axe transversal y du véhicule. La chambre de répartition d'air 92 communique avec chaque cylindre du moteur au moyen de deux conduits d'admission d'air 93, soit un conduit par admission. Lesdits conduits d'admission d'air 93 s'étendent suivant un axe sensiblement parallèle à l'axe longitudinal x du véhicule et admettent une portion coudée au niveau de la jonction 94 avec les cylindres.
  • L'invention a également pour objet un procédé de fabrication permettant de réaliser de manière simple un moteur selon l'invention. Plus précisément, le procédé de fabrication du carter de culasse 3 intégrant le répartiteur 90, comprend une seule étape de fonderie à noyaux délimitant simultanément le volume intérieur dudit carter 3 et de la chambre de répartition d'air 92 du répartiteur 90. De plus, le volume intérieur de la chambre de répartition d'air 92 est obtenu au moyen d'un seul noyau de fonderie, lors de l'étape unique de fonderie. Cette dernière se résume de manière classique à la coulée de l'alliage constituant le carter 3.
  • Selon une variante préférée, le volume intérieur du répartiteur d'admission d'air 90, constitué de la chambre de répartition d'air 92 et des conduits d'admission d'air 93, est obtenu au moyen d'un seul noyau de fonderie, lors de l'étape unique de fonderie.
  • Les figures 4A, 4B et 4C illustrent plus précisément un mode de réalisation permettant un tel résultat dans le cas d'un moteur à 4 cylindres en ligne. Le noyau de fonderie correspondant au volume intérieur du répartiteur d'admission d'air 90 est maintenu lors de la coulée par une seule portée de noyau qui, lors de son retrait, délimite l'entrée 91 du répartiteur. Ainsi, il n'est pas nécessaire, à l'issue de l'étape de fonderie, de reboucher l'ouverture laissée par le retrait de la portée de noyau. De préférence, le carter de culasse 3 est en alliage d'aluminium.
  • Le noyau correspondant à ce volume intérieur a très schématiquement la forme d'une fourche dont les piques correspondraient aux conduits des soupapes, la base, à la partie commune à tous les cylindres du répartiteur et le manche, à l'entrée 91. Les dimensionnements de la chambre de répartition 92 et de la portée de noyau, ainsi le positionnement relatif de ces deux éléments l'un par rapport à l'autre, ont donc permis de ne pas avoir à prédisposer d'autres portées aux extrémités E1 et E2 du répartiteur d'admission d'air 90, que ce soit pour porter ou dessabler le noyau d'air.
  • Dans ce but, la portée de noyau, délimitant l'entrée 91 du répartiteur, possède une section S1, de forme elliptique, dont le grand axe est L1, et le petit axe L2.
  • Cette portée est relativement bien centrée par rapport à la chambre de répartition 92, de longueur L5 et de hauteur L6.
  • En effet, le centre de la section S1 est sensiblement à égales distances, L3 et L4, de chaque extrémité, E1 et E2, de la chambre de répartition 92, de telle sorte que L5 = 2xL3 =2xL4.
  • De plus, le petit axe L2 la section S1 est également très proche de la hauteur L6 de la chambre de répartition 92. Ainsi la valeur de L2 sera avantageusement choisie comprise entre 65% et 70% de la hauteur L6.
  • D'une manière avantageuse également, le grand axe L2 de la section S1 est dirigé dans l'axe de la grande longueur L5 de la chambre de répartition 92, de telle sorte que L5 = 6 x L1.
  • Par ailleurs, le noyau utilisé a de préférence une section essentiellement constante, sensiblement identique à la section 1 de la portée du même noyau, ce qui contribue très certainement à sa tenue et à sa robustesse.
  • Dans certains cas, on peut également prévoir des portées « naturelles » pour supporter le noyau d'air aux extrémités des conduits, de manière à éviter son basculement lors de la coulée et de solliciter la portée devenue alors « fragile ».
  • Avec une seule portée de noyau, le procédé de fabrication de la culasse est essentiellement inchangé et il n'est pas nécessaire de prévoir un usinage particulier pour les trous provenant de portées additionnelles, usinage qui n'aurait par ailleurs essentiellement qu'un but, permettre de placer des bouchons pour obturer ces trous ;
  • L'intégration du répartiteur 90 dans le carter de culasse 3 permet de réduire l'encombrement total du moteur. Dans ces conditions, il devient possible de disposer le moteur avec un banc de cylindres orienté non plus essentiellement parallèle à la longueur du véhicule, mais au contraire transversalement, donc essentiellement parallélèment à la largeur du véhicule, le répartiteur étant alors tourné avantageusement vers l'arrière du véhicule, autrement dit du côté de l'habitacle. Une telle disposition est tout particulièrement intéressante en cas de choc-piéton, le répartiteur étant éloigné de la zone d'impact de la tête du piéton, et donc constituant un moindre risque de blessures grave.
  • Ensuite, le volume d'air contenu dans la chambre de répartition 92 permet d'alléger le carter de culasse 3. Selon les types de moteurs, il est possible d'atteindre des gains de masses allant jusqu'à 10 %.
  • De plus, le fait de ne plus avoir à fixer de manière étanche le répartiteur 90 au carter de culasse 3, permet de s'affranchir des moyens de fixation nécessaires dans l'art antérieur et de gagner en fiabilité en terme d'étanchéité.
  • Il apparaît enfin que le procédé de fabrication du carter de culasse 3 avec le répartiteur 90 intégré de fonderie, permet de s'affranchir des étapes de fabrication du répartiteur inhérentes à l'art antérieur.
  • D'autres variantes de réalisation de l'invention sont possibles comme celles qui consistent à avoir un répartiteur partiellement intégré de fonderie. Dans ce cas soit la chambre de répartition d'air 92, soit les conduits d'admission d'air 93 sont intégrés de fonderie dans le carter de culasse 3.

Claims (6)

  1. Moteur à combustion interne (1) comportant un banc de cylindres disposés selon un plan (Z,Y), et un carter de culasse (3), chaque cylindre étant pourvu d'au moins un conduit d'admission d'air (93), lesdits conduits d'admission (93) étant alimentés par un répartiteur d'admission d'air (90) comportant une chambre de répartition d'air (92), la chambre de répartition d'air (92) et les conduits d'admission étant intégrés de fonderie dans le carter de culasse, caractérisé en ce que l'entrée (91) du répartiteur est perpendiculaire au plan (Z,Y) et constitue l'unique ouverture sur la face d'entrée du répartiteur.
  2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entrée du répartiteur (91) est centrée, selon la hauteur (L2) du répartiteur et la largeur (L1) du répartiteur.
  3. Moteur selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'entrée (91) est elliptique.
  4. Moteur à combustion interne selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que le carter de culasse (3) est en alliage d'aluminium.
  5. Procédé de fabrication d'un moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la culasse intégrant le répartiteur est obtenue par une seule étape de fonderie, avec un unique noyau d'air délimitant simultanément le volume intérieur du carter de culasse (3), des conduit d'admission d'air (93) et de la chambre de répartition d'air (92).
  6. Véhicule automobile équipé d'un moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, le moteur étant disposé avec le plan (Z,Y) essentiellement parallèle à la largeur du véhicule, et l'entrée (91) du répartiteur tournée vers l'arrière du véhicule.
EP08151403A 2007-02-15 2008-02-14 Moteur à combustion interne comportant un répartiteur d'admission d'air et procédé de fabrication d'un tel répartiteur Withdrawn EP1959123A1 (fr)

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