EP3914814A1 - Circuit d'admission d'air à l'échappement d'un moteur à combustion interne - Google Patents

Circuit d'admission d'air à l'échappement d'un moteur à combustion interne

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Publication number
EP3914814A1
EP3914814A1 EP20701191.7A EP20701191A EP3914814A1 EP 3914814 A1 EP3914814 A1 EP 3914814A1 EP 20701191 A EP20701191 A EP 20701191A EP 3914814 A1 EP3914814 A1 EP 3914814A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
exhaust
air
duct
cylinder head
air intake
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20701191.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Fernando Almeida
Joseph Lefebvre
Vanbatten PHILIPPE
Thomas VENEZIANI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Horse Powertrain Solutions SL
Original Assignee
Renault SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renault SAS filed Critical Renault SAS
Publication of EP3914814A1 publication Critical patent/EP3914814A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/30—Arrangements for supply of additional air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features
    • F01N13/001—Exhaust gas flow channels or chambers being at least partly formed in the structural parts of the engine or machine
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • Air intake circuit for the exhaust of an internal combustion engine Air intake circuit for the exhaust of an internal combustion engine.
  • the invention relates to an air intake circuit for the exhaust of an internal combustion engine.
  • the invention also relates to a method of obtaining such a circuit for admitting air to the exhaust.
  • the invention also relates to a cylinder head of such a circuit for admitting air to the exhaust.
  • the invention also relates to an internal combustion engine comprising such an air intake circuit to
  • the invention also relates to a vehicle comprising such an internal combustion engine and / or such a cylinder head and / or such a circuit for admitting air to the exhaust.
  • An internal combustion engine in particular fitted to a motor vehicle, generally comprises one or more pollution control elements such as for example a catalyst converter, a particulate filter, or even an SCR device for the English term “selective catalytic reduction ”.
  • pollution control elements such as for example a catalyst converter, a particulate filter, or even an SCR device for the English term “selective catalytic reduction ”.
  • these depollution elements are only effective from a certain temperature, for example of the order of 400 degrees Celsius.
  • fresh air is generally injected into the exhaust.
  • An injection or exhaust air intake circuit is then provided.
  • the introduction of this fresh air generally under pressure, causes combustion at the exhaust which generates exothermic energy, that is to say an increase in temperature. Thanks to this exothermic energy, the pollution control elements are effective shortly after starting the internal combustion engine.
  • the object of the invention is to provide an air intake circuit to the exhaust overcoming the above drawbacks and improving the air intake circuits to the exhaust known from the prior art .
  • the invention provides a circuit offering reduced pressure drops.
  • the invention relates to an air intake circuit to the exhaust of an internal combustion engine comprising at least one cylinder and a cylinder head, the cylinder head closing a combustion chamber of the at least one cylinder and comprising at least one exhaust duct for conducting a flow of gas from exhaust from the combustion chamber of the at least one cylinder to an exhaust circuit connected to the cylinder head by an exhaust face of said cylinder head, the at least one exhaust duct comprising an upstream mouth, controlled by a exhaust valve, facing the combustion chamber, the air intake circuit for the exhaust comprising a main chamber extending along a first axis orthogonal or substantially orthogonal to the main axis of the at least a cylinder and parallel to the exhaust face of the cylinder head, the main chamber being connected upstream in the direction of air flow to a fresh air intake circuit of such an internal combustion engine and in downstream to at least one conduit exhaust.
  • the air intake circuit to the exhaust may include a channel connected upstream to a fresh air intake circuit of such an internal combustion engine, the channel may extend parallel or substantially parallel to the main axis of the at least one cylinder and capable of opening into the main chamber downstream.
  • the air intake circuit to the exhaust may include at least one air duct extending between the main chamber and at least one exhaust duct so as to diffuse the air at the level an exhaust valve of the at least one exhaust duct, in particular the circuit for admitting air to the exhaust, may comprise an air duct per exhaust duct.
  • the outlet of the at least one air duct in an exhaust duct may be surrounded by a second deflector wall.
  • the second deflector wall can be arranged around a part of the outlet of the air duct in the exhaust duct, the second deflector wall being able to be turned towards the upstream mouth of the exhaust duct and being able to be suitable hiding said outlet of the air duct in the exhaust duct from the flow of exhaust gas.
  • the second deflector wall may include a blister surrounding the part of the outlet of the air duct in the exhaust duct, facing the upstream mouth of the exhaust duct.
  • the main chamber may comprise end branches at least partially surrounding cylindrical channels capable of accommodating a coil or an injector.
  • each terminal branch may include an orifice, in particular an orifice connected to at least one air duct.
  • the main chamber may include at least a first deflector wall capable of effectively orienting the air flow, in particular the air flow coming from the channel towards the at least one air duct, to be conducted in the direction of the upstream mouth of the at least one exhaust duct.
  • the main chamber can be arranged in the cylinder head.
  • the channel can be provided in the cylinder head.
  • At least one air duct can be provided in the cylinder head.
  • the end branches can be provided in the cylinder head.
  • the invention also relates to a process for obtaining an air intake circuit to the exhaust as defined above, the process for obtaining comprising a foundry step so as to obtain a cylinder head of which a main chamber and / or a channel and / or at least one air duct and / or end branches are produced by molding with the cylinder head.
  • the invention also relates to a cylinder head of an air intake circuit to
  • the cylinder head comprising a main chamber and / or a channel and / or at least one air duct and / or end branches.
  • the invention also relates to an internal combustion engine comprising an air intake circuit to the exhaust as defined above and / or a cylinder head as defined above.
  • the invention also relates to a vehicle, in particular a motor vehicle,
  • FIG. 1 is a schematic view of a motor vehicle according to one embodiment of the invention.
  • Figure 2 is a sectional view of a cylinder head of an air intake circuit to the exhaust, according to a plane extending vertically and transversely, according to one embodiment of the invention.
  • Figure 3 is a sectional view of the cylinder head along a horizontal plane, that is to say extending longitudinally and transversely, according to the embodiment of the invention.
  • Figure 4 is a sectional view of the cylinder head, along a plane P2 extending vertically wedging and longitudinally, according to the embodiment of the invention.
  • Figure 5 is another sectional view of the cylinder head, along plane P2, according to the embodiment of the invention.
  • Figure 6 is a sectional view of the cylinder head, along a plane perpendicular to plane P2 and passing through the axis of an air duct, according to the embodiment of the invention.
  • Figure 7 is a sectional view of the cylinder head, along a plane PI extending vertically and longitudinally, according to the embodiment of the invention.
  • FIG. 1 An example of a vehicle, in particular a motor vehicle 1, according to one embodiment of the invention is illustrated schematically in FIG. 1.
  • the vehicle comprises an internal combustion engine 2 according to one embodiment of the invention .
  • the vehicle comprises for example a hood separating an engine compartment from an external environment.
  • the hood is arranged for example at the front of the vehicle in the case of a powertrain arranged at the front or at the rear in the case of a powertrain arranged at the rear.
  • an XYZ trihedron is defined. It is chosen that the direction in which the vehicle usually travels in a straight line is defined as being the longitudinal direction X.
  • the direction perpendicular to the longitudinal direction located in a plane parallel to the ground, is called the transverse direction Y.
  • the internal combustion engine 2 comprises at least one cylinder 10 of main axis A2, a piston 12 which translates along the main axis A2 within the cylinder 10 and a combustion chamber 11.
  • the main axis A2 is parallel or substantially parallel to the vertical direction Z.
  • the internal combustion engine 2 further comprises a cylinder head 20.
  • the cylinder 10 defines, with the cylinder head 20 and the piston 12, the combustion chamber 11.
  • the cylinder head 20 closes the combustion chamber 11 of cylinder 10.
  • the internal combustion engine 2 further comprises at least one exhaust duct 26 for conducting a flow of exhaust gas from the combustion chamber 11 of the cylinder 10 to a circuit d 'exhaust.
  • the exhaust duct 26 includes an upstream opening 26 '.
  • the mouthpiece 26 ′ is controlled by an exhaust valve 3 facing the combustion chamber 11.
  • the cylinder head 20 comprises the exhaust duct (s) 26.
  • exhaust duct 26 is meant a channel or a cavity formed by preferably in the cylinder head 20, communicating with an exhaust manifold or exhaust circuit (not illustrated), arranged near an exhaust valve 3.
  • the exhaust circuit is connected to the cylinder head by an exhaust face of said cylinder head.
  • the internal combustion engine 2 further comprises an air intake circuit 30 to the exhaust.
  • the air intake circuit to the exhaust 30 comprises a main chamber 22.
  • the main chamber 22 extends along a first axis Al or thogonal or substantially orthogonal to the main axis A2 of the cylinder 10.
  • Said first axis A1 is preferably parallel, or substantially parallel, to the exhaust face of the cylinder head.
  • the main chamber 22 has for example an elongated shape along the first axis A1.
  • the average passage section of the main chamber 22, for example circular, has a diameter of between 5 mm and 15 mm, for example of the order of 10 mm.
  • the cylinder head 20 comprises the main chamber 22.
  • the internal combustion engine 2 can comprise several cylinders 10, preferably in line in the direction of the first axis Al illustrated in Figures 1 and 2.
  • the main axes A2, A2 ', A2 ”of the three cylinders extend for example in the same vertical and transverse plane.
  • the first axis A1 is then preferably parallel or substantially parallel to the vertical and transverse plane and orthogonal to the main axes A2, A2 ’, A2”.
  • the first axis A1 extends parallel or substantially parallel to the transverse direction Y, another direction in a horizontal plane preferably could also be suitable.
  • the main chamber 22 is preferably connected, upstream in the direction of air circulation, to a fresh air intake circuit of the internal combustion engine 2. Downstream, the main chamber 22 is connected to at least one exhaust duct 26. For example, as illustrated in FIG. 6, in the case of a three-cylinder in-line engine, two exhaust ducts 26 are provided per cylinder.
  • the exhaust air intake circuit 30 comprises a channel 21.
  • the channel 21 is connected upstream to the fresh air intake circuit.
  • the channel 21 advantageously extends parallel or substantially parallel to the main axis A2 of the cylinder 10.
  • the channel 21 preferably opens into the main chamber 22 downstream.
  • the cylinder head 20 comprises the channel 21.
  • the air intake circuit to the exhaust 30 comprises at least one air duct 23 extending between the main chamber 22 and an exhaust duct 26.
  • the air is diffused at the level of the exhaust valve 3 of the exhaust duct 26 concerned.
  • an air duct 23 by exhaust duct 26 is planned.
  • the air duct 23 has a passage section, for example circular, with a diameter of between 2 mm and 4 mm, for example of the order of 3 mm.
  • the length of the air duct 23 is as short as possible.
  • the cylinder head 20 comprises the air duct or ducts 23.
  • the length of the air duct 23 does not exceed, for example, 60 mm depending on the size or the thickness of the cylinder head 20.
  • the cylinder head 20 comprises air ducts 23.
  • Each air duct 23 extends between the main chamber 22 and an exhaust duct 26, by example near an intake duct of an intake valve (not shown).
  • main 22 comprises at least a first deflector wall 24 capable of effectively directing the air flow coming from the channel 21 towards an air duct 23.
  • first deflector wall 24 can be formed by a curvature of the main chamber 22 with a radius, of the order of 30 mm for example, to prevent recirculation of the intake air as well as overspeeds of the air flow. resulting in pressure drops.
  • These first deflector walls 24 are, for example, concave and / or convex walls, preferably provided with rounded shapes free from sharp edges or protrusions.
  • Such walls 24 make it possible to effectively orient the air flow (illustrated with arrows), within the main chamber 22, towards the air ducts 23.
  • the flow of fresh air enters the main chamber. 22 via the channel 21 at an inlet 2G and is discharged through orifices or openings 23 'of the air ducts 23.
  • the main chamber 22 comprises end branches 29 as illustrated in Figure 3.
  • these end branches 29 surround, at least partially, cylindrical channels 27, 28 suitable for housing a coil or an injector as illustrated in Figure 7.
  • the arrangement of the main chamber 22 between the cylindrical channels, or injection wells, and other cylindrical channels, or coil wells, advantageously enables the cylinder head 20 to be made more compact and optimize the mass of the cylinder head 20.
  • each terminal branch 29 preferably comprises an orifice 23 ′ connected to the air duct 23.
  • the outlet of the air duct 23 in the adjacent exhaust duct 26 is surrounded by a second deflector wall 24 '.
  • the second deflector wall 24 ' is arranged around only part of the outlet of the air duct 23 in the exhaust duct 26.
  • the second deflector wall 24' is then turned towards the upstream mouth 26 'of the exhaust duct 26.
  • the second deflector wall 24 ' is able to hide the outlet of the air duct 23 in the exhaust duct 26 from the flow of exhaust gas.
  • the second deflector wall 24 ' comprises a blister surrounding the part of the outlet of the air duct 23 in the exhaust duct 26. This blister is for example turned towards the upstream mouth 26' of the exhaust duct 26.
  • this shape comprises a rounding, or chamfer, making it possible to avoid having a bevelled part at the level of the air duct 23 opening up in the exhaust duct 26 at the level of the head 3 'of the exhaust valve 3
  • an arrangement of a deflecting form 24 'at the outlet of each air duct 23 makes it possible to limit or even avoid the reflux of burnt gases into the adjacent air duct 23.
  • a valve can be arranged within the air intake circuit to
  • the main chamber 22 is formed in the cylinder head 20.
  • the channel 21 is formed in the cylinder head 20.
  • the at least one air duct 23 is formed in the cylinder head.
  • the end branches 29 are formed in the yoke 20.
  • the method comprises a foundry step so as to obtain the cylinder head 20 including the main chamber 22 and / or the channel 21 and / or at least one air duct 23 and / or the end branches 29 are produced by molding with the cylinder head 20.
  • the main chamber 22 and / or the channel 21 and / or at least one air duct 23 and / or the end branches 29 are for example formed by G use of one or more cores during the foundry process used to obtain the cylinder head 20.
  • the method comprises a machining step for obtaining the channel 21 and / or the air duct (s) 23 and / or the second deflector wall (s) 24 ’.
  • the cylinder head 20 of the air intake circuit to the exhaust 30 preferably comprises the main chamber 22 and / or the channel 21 and / or at least one air duct 23 and / or the terminal branches 29.
  • exhaust 26 Preferably, an air duct 23 is provided by exhaust duct 26.
  • the same cylinder of the internal combustion engine 2 comprises for example two exhaust valves 3.
  • six air ducts 23 are provided.
  • the same cylinder can have two valves
  • a cylinder may have only one exhaust valve or may have three or more exhaust valves.
  • the fresh air arrives in the channel 21 at the upper level, for example of the cylinder head 20.
  • the fresh air enters the cylinder head 20 and arrives within the main chamber 22.
  • the first deflector walls 24 of the main chamber 22 ensure a flow minimizing turbulence and pressure losses towards the air ducts 23.
  • the fresh air arrives at the inlet or upstream mouth 26 'of each exhaust duct 26 after having passed through the ducts. air 23.
  • the ends downstream of the air ducts 23 are arranged at the level of the heads 3 'of the exhaust valves 3, for example above each valve head.
  • each exhaust duct 26 in other words a "station to station” air distribution.
  • This is partly due to the specific shapes, in particular within the main chamber 22, favoring the flow of the flow of fresh air so as to obtain an excellent compromise between pressure drop / homogeneity of the distribution.
  • the exhaust ducts 26, the shapes of the chambers, ducts, channels are particularly suited to facilitate the flow of fresh air.
  • This circuit at the top of the engine preferably comprising a channel 21, a main chamber 22, air ducts 23 integrated in the cylinder head 20, is particularly compact.

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Abstract

L'invention porte sur un circuit d'admission d'air à l'échappement (30) d'un moteur à combustion interne (2) comprenant au moins un cylindre (10) et une culasse (20), caractérisé en ce que le circuit d'admission d'air à l'échappement (30) comprend une chambre principale s'étendant selon un premier axe (A1) orthogonal ou sensiblement orthogonal à l'axe principal (A2) de l'au moins un cylindre (10) 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 (2) et en aval à l'au moins un conduit d'échappement.

Description

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 d’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 terme anglo saxon « sélective catalytic réduction ». 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 l’air 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 ce qui engendre une 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 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 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.l]
La figure 1 est une vue schématique d’un véhicule automobile selon un mode de réa lisation 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 verti- calement 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 PI s’étendant verti calement 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 sen siblement 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 em bouchure 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 or thogonal 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 sen siblement 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 frais. 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.
[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 effi cacement 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 2G 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, permettant d’éviter d’avoir une partie biseautée au niveau du conduit d’air 23 dé bouchant dans le conduit d’échappement 26 au niveau de la tête 3’ de la soupape d’échappement 3. En outre, un aménagement d’une forme déflectrice 24’ en sortie de chaque conduit d’air 23 permet de limiter voire d’éviter les reflux de gaz brûlés 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 G 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.
[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 ex trémités 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 l'air « poste à poste ». Ceci est en partie dû aux formes spé cifiques, 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 / homo généités 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 condensais. 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.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Circuit d’admission d’air à l’échappement (30) d’un moteur à
combustion interne (2) comprenant au moins un cylindre (10) et une culasse (20), la culasse (20) fermant une chambre de combustion (11) de l’au moins un cylindre (10) et comprenant au moins un conduit d’échappement (26) pour conduire un flux de gaz d’échappement depuis la chambre de combustion (11) de G au moins un cylindre (10) vers un circuit d’échappement connecté à la culasse par une face d’échappement de ladite culasse, l’au moins un conduit d’échappement (26) comprenant une embouchure amont (26’), contrôlée par une soupape d’échappement (3), en regard de la chambre de combustion (11), caractérisé en ce que le circuit d’admission d’air à l’échappement (30) comprend une chambre principale (22) s’étendant selon un premier axe (Al) orthogonal ou sensiblement orthogonal à l’axe principal (A2) de l’au moins un cylindre (10) et parallèle à la face d’échappement de la culasse, la chambre principale (22) 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 (2) et en aval à l’au moins un conduit d’échappement (26).
[Revendication 2] Circuit d’admission d’air à l’échappement (30) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend un canal (21) connecté en amont à un circuit d’admission d’air frais d’un tel moteur à combustion interne (2), le canal (21) s’étendant parallèlement ou sensiblement parallèlement à l’axe principal (A2) de l’au moins un cylindre (10) et débouchant dans la chambre principale (22) en aval.
[Revendication 3] Circuit d’admission d’air à l’échappement (30) selon l’une des reven dications 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un conduit d’air (23) s’étendant entre la chambre principale (22) et l’au moins un conduit d’échappement (26) de sorte à diffuser l’air au niveau d’une soupape d’échappement (3) de l’au moins un conduit d’échappement (26), notamment comprenant un conduit d’air (23) par conduit d’échappement (26).
[Revendication 4] Circuit d’admission d’air à l’échappement (30) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le débouché de l’au moins un conduit d’air (23) dans un conduit d’échappement (26) est entouré par une deuxième paroi déflectrice (24’).
[Revendication 5] Circuit d’admission d’air à l’échappement (30) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la deuxième paroi déflectrice (24’) est agencée autour d’une partie du débouché du conduit d’air (23) dans le conduit d’échappement (26), la deuxième paroi déflectrice (24’) étant tournée vers l’embouchure amont (26’) du conduit d’échappement (26) et étant apte à cacher ledit débouché du conduit d’air (23) dans le conduit d’échappement (26) au flux de gaz d’échappement.
[Revendication 6] Circuit d’admission d’air à l’échappement (30) selon l’une des reven dications 4 ou 5, caractérisé en ce que la deuxième paroi déflectrice (24’) comprend une boursoufflure entourant la partie du débouché du conduit d’air (23) dans le conduit d’échappement (26) tournée vers l’embouchure amont (26’) du conduit d’échappement (26).
[Revendication 7] Circuit d’admission d’air à l’échappement (30) selon l’une des reven dications précédentes, caractérisé en ce que la chambre principale (22) comprend des branches terminales (29) entourant au moins par tiellement des canaux cylindriques (27) aptes à loger une bobine ou un injecteur.
[Revendication 8] Circuit d’admission d’air à l’échappement (30) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’extrémité de chaque branche terminale (29) comprend un orifice (23’), notamment un orifice (23’) connecté à l’au moins un conduit d’air (23).
[Revendication 9] Circuit d’admission d’air à l’échappement (30) selon l’une des reven dications précédentes, caractérisé en ce que la chambre principale (22) comporte au moins une première paroi déflectrice (24) apte à orienter efficacement le flux d’air, notamment le flux d’air provenant du canal
(21) vers l’au moins un conduit d’air (23), pour être conduit en direction de l’embouchure amont (26’) de l’au moins un conduit d’échappement (26).
[Revendication 10] Circuit d’admission d’air à l’échappement (30) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la chambre principale
(22) est ménagée dans la culasse (20).
[Revendication 11] Circuit d’admission d’air à l’échappement (30) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le canal (21) est ménagé dans la culasse (20).
[Revendication 12] Circuit d’admission d’air à l’échappement (30) selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que l’au moins un conduit d’air (23) est ménagé dans la culasse (20).
[Revendication 13] Circuit d’admission d’air à l’échappement (30) selon l’une des reven dications 7 ou 8, caractérisé en ce que les branches terminales (29) sont ménagées dans la culasse (20). [Revendication 14] Procédé d’obtention d’un circuit d’admission d’air à l’échappement (30) selon l’une des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que le procédé d’obtention comprend une étape de fonderie de sorte à obtenir une culasse (20) dont une chambre principale (22) et/ou un canal (21) et/ou au moins un conduit d’air (23) et/ou des branches terminales (29) sont issus de moulage avec la culasse (20).
[Revendication 15] Culasse (20) d’un circuit d’admission d’air à l’échappement (30) selon l’une des revendications 1 à 13, caractérisée en ce qu’elle comprend une chambre principale (22) et/ou un canal (21) et/ou au moins un conduit d’air (23) et/ou des branches terminales (29).
[Revendication 16] Moteur à combustion interne (2), caractérisé en ce qu’il comprend un circuit d’admission d’air à l’échappement (30) selon l’une des reven dications 1 à 13 et/ou une culasse (20) selon la revendication précédente.
[Revendication 17] Véhicule, notamment véhicule automobile (1), caractérisé en ce qu’il comprend un moteur à combustion interne (2) selon la revendication précédente et/ou une culasse (20) selon la revendication 15 et/ou un circuit d’admission d’air à l’échappement (30) selon l’une des reven dications 1 à 13.
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