FR2921430A1 - Culasse de bloc-moteur pourvue d'ouvertures d'admission et d'echappement dissymetriques - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une culasse (30) de bloc-moteur (2) définissant sur sa face inférieure (31) au moins une tête de cylindre (32) qui présente un contour (32A) sensiblement circulaire apte à être positionné dans le prolongement d'une face intérieure (11A) cylindrique d'un cylindre (11) du bloc-moteur (2), et qui est pourvue d'au moins une ouverture d'échappement (34) de gaz brûlés.Selon l'invention, le rapport entre, d'une part, la distance (D2 ; D4) entre le bord de ladite ouverture d'échappement et ledit contour, et, d'autre part, le diamètre du cercle suivi par ledit contour est inférieur à 0,033.

Description

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale la vidange des cylindres des moteurs à combustion interne. Elle concerne plus particulièrement une culasse de bloc-moteur définissant sur sa face inférieure au moins une tête de cylindre qui présente un contour sensiblement circulaire apte à être positionné dans le prolongement d'une face intérieure cylindrique d'un cylindre du bloc-moteur, et qui est pourvue d'au moins une ouverture d'échappement de gaz brûlés. Elle concerne également un bloc-moteur comportant une telle culasse recouvrant un bloc-cylindres pourvu d'au moins un cylindre. ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE Classiquement, dans un bloc-moteur du type précité, l'admission de l'air frais et l'échappement des gaz brûlés se font par des conduits d'admission et d'échappement qui sont percés dans la culasse et qui débouchent de manière symétrique dans la tête de cylindre au niveau de ses ouvertures d'admission et d'échappement. On comprend que la géométrie intérieure des conduits d'admission a une influence importante sur la faculté du moteur à admettre une grande quantité d'air frais dans ses cylindres à chaque cycle d'admission.

Cette faculté peut en outre être favorisée par une géométrie intérieure adaptée des conduits d'échappement. Cette géométrie influence en effet la vitesse d'évacuation des gaz brûlés hors des cylindres, ce qui permet de réduire la quantité de gaz brûlés résiduels non évacués des cylindres en fin de cycle d'échappement, c'est-à-dire à l'amorce du cycle d'admission.

L'efficacité de l'évacuation des gaz brûlés est toutefois limitée par un phénomène naturel de reflux des gaz brûlés vers l'intérieur des cylindres qui perdure quelle que soit la géométrie intérieure des conduits d'échappement. Ce phénomène de reflux nuit à l'efficacité de la vidange des cylindres. Il engendre en effet une augmentation de la quantité de gaz brûlés résiduels présents dans les cylindres en fin de cycle d'échappement et donc une diminution de la quantité d'air frais admis dans les cylindres à chaque cycle d'admission, ce qui provoque une baisse des performances du moteur. OBJET DE L'INVENTION Afin de remédier à l'inconvénient précité de l'état de la technique, la présente invention propose une nouvelle culasse qui permet de limiter le phénomène de reflux de gaz brûlés sans pour autant réduire la vitesse d'évacuation des gaz brûlés hors des cylindres. Plus particulièrement, on propose selon l'invention une culasse telle que définie dans l'introduction, dans laquelle le rapport entre, d'une part, la distance entre le bord de ladite ouverture d'échappement et ledit contour, et, d'autre part, le diamètre du cercle suivi par ledit contour est inférieur à 0,033. Le débit des gaz brûlés dans les conduits d'échappement étant régulé par des soupapes d'échappement disposées au niveau des ouvertures d'échappement, la demanderesse a remarqué que les gaz brûlés empruntent des passages différents autour de ces soupapes selon qu'ils circulent depuis l'intérieur des cylindres vers les conduits d'échappement ou au contraire depuis les conduits d'échappement vers l'intérieur des cylindres (reflux). Plus précisément, lors de l'évacuation des gaz brûlés hors d'un cylindre, le flux de gaz brûlés n'est pas homogène sur l'ensemble de la périphérie de la tête de la soupape d'échappement.

En effet, la très grande majorité des gaz brûlés passe seulement sur une moitié de la périphérie de la tête de soupape, à savoir celle tournée vers l'axe du cylindre. En revanche, une minorité des gaz brûlés passe sur l'autre moitié de la périphérie de la tête de soupape, à savoir celle tournée vers la paroi interne du cylindre.

En d'autres termes, peu de gaz brûlés s'échappent du cylindre en passant entre la tête de la soupape d'échappement et la paroi interne du cylindre. Par ailleurs, lors du reflux des gaz brûlés vers l'intérieur du cylindre, ces gaz brûlés refoulés circulent de manière homogène sur l'ensemble de la périphérie de la tête de soupape.

Ainsi, grâce à l'invention, en diminuant la section de passage des gaz brûlés prévue entre la tête de soupape d'échappement et la paroi interne du cylindre, on réduit le débit des gaz brûlés qui refluent, sans pour autant diminuer le débit des gaz brûlés qui sortent des cylindres. De cette manière, le taux de gaz brûlés résiduels présents dans les cylindres au début de chaque cycle d'admission est très faible, de manière que les cylindres peuvent alors être remplis d'une grande quantité d'air frais. Les performances du moteur sont alors sensiblement accrues. En outre, pour les moteurs à allumage commandé, la faible quantité de gaz brûlés résiduels particulièrement chauds limite, lors de l'admission du mélange d'air frais et de carburant dans les cylindres, les problèmes d'auto-allumage non contrôlé de ce mélange. Par conséquent, le moteur est peu sensible aux problèmes dits de cliquetis.

Selon une première caractéristique avantageuse de l'invention, la tête de cylindre étant pourvue d'au moins une ouverture d'admission d'air frais, la distance entre le bord de l'ouverture d'échappement et ledit contour est strictement inférieure à la distance entre le bord de l'ouverture d'admission et ledit contour.

Lors de l'admission de l'air frais dans un cylindre, l'air frais circule sur l'ensemble de la périphérie de la tête de soupape. En d'autres termes, l'air frais entre dans le cylindre en passant aussi bien entre la tête de la soupape d'admission et la paroi interne du cylindre que du côté de l'axe de ce cylindre. Ainsi, grâce à l'invention, l'espace présent entre la soupape d'admission et la paroi intérieure du cylindre est étendu, de sorte que la section de passage de l'air frais depuis le conduit d'admission vers l'intérieur du cylindre est importante. D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de la culasse conforme à l'invention sont les suivantes - le rapport entre, d'une part, la distance entre le bord de l'ouverture 15 d'admission et ledit contour, et, d'autre part, le diamètre du cercle suivi par ledit contour est supérieur à 0,033 ; - la tête de cylindre présentant une forme de toit comportant un premier pan pourvu d'un ouverture d'admission d'air frais et un second pan pourvu de ladite ouverture d'échappement, ledit premier pan forme avec le plan dans lequel 20 s'inscrit ledit contour un premier angle d'inclinaison qui est strictement supérieur à un second angle d'inclinaison que forme ledit second pan avec le plan dans lequel s'inscrit ledit contour ; - ledit premier angle d'inclinaison est supérieur à 15 degrés ; - ledit second angle d'inclinaison est inférieur à 20 degrés ; 25 - ladite tête de cylindre présente une forme de disque ; - la tête de cylindre est pourvue de deux ouvertures d'échappement dont les bords sont situés à égale distance dudit contour ; et - la tête de cylindre est pourvue de deux ouvertures d'admission dont les bords sont situés à égale distance dudit contour. 30 L'invention concerne également un bloc-moteur comportant un bloc-cylindres pourvu d'au moins un cylindre, et une telle culasse dont la tête de cylindre recouvre une extrémité dudit cylindre. DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UN EXEMPLE DE RÉALISATION La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnée à 35 titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée.

Sur les dessins annexés : - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un bloc-moteur de moteur à allumage commandé selon l'invention ; et - la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un bloc-moteur de moteur Diesel selon l'invention. Sur les figures 1 et 2, on a représenté schématiquement deux modes de réalisation d'un bloc-moteur 2 de moteur à combustion interne 1. Sur ces figures, le bloc-moteur 2 comporte un bloc-cylindres 6 pourvu de cylindres 11 en ligne d'axes V verticaux, par exemple au nombre de quatre, dont un seul d'entre eux est ici représenté. Ce bloc-cylindres 6 est raccordé, sur sa partie inférieure, à un carter d'huile 7 renfermant de l'huile destinée à lubrifier les différents organes du moteur, et, sur sa partie supérieure, à une culasse 30 ; 40 qui est elle-même recouverte d'un couvre-culasse 3.

Classiquement, le cylindre 11 loge un piston 8 qui est adapté à coulisser le long de sa paroi interne 11A selon un mouvement rectiligne alternatif d'axe confondu avec l'axe V du cylindre 11. Le piston 8 présente une jupe périphérique qui est percée transversalement de deux ouvertures d'accueil d'un axe lié à une extrémité d'une bielle 9. L'autre extrémité de cette bielle 9 est liée, par l'intermédiaire d'une liaison excentrique, à un vilebrequin 10. Ainsi, le mouvement rectiligne alternatif du piston 8 permet d'entraîner en rotation le vilebrequin 10 du moteur à combustion interne 1. La culasse 30 ; 40 du bloc-moteur 2 comporte un socle 30A ; 40A de forme globalement parallélépipédique. Ce socle 30A ; 40A présente en particulier une face inférieure 31 ; 41 qui est tournée vers le bloc-cylindres 6 et qui définit un plan de culasse PI, P2. La culasse 30 ; 40 présente sur sa face inférieure 31 ; 41, en renfoncement ou à l'affleurement de celle-ci, quatre zones 32 ; 42 qui sont disposées dans le prolongement des quatre cylindres 11 du bloc-cylindres 6 pour fermer les extrémités supérieures de ces cylindres 11. Ces quatre zones forment donc quatre têtes de cylindre 32 ; 42 de contours 32A ; 42A sensiblement circulaires positionnés dans le prolongement des faces intérieures 11A cylindriques des cylindres 11. Ici, les diamètres des cercles suivis par les contours des têtes de cylindre sont égaux à 76 millimètres. La paroi interne 11A de chaque cylindre 11 délimite ainsi, avec la tête de cylindre 32 ; 42 et le piston 8 qui lui sont associés, une chambre de combustion . Pour l'admission en air frais de chaque cylindre 11, la culasse 30 ; 40 est percée d'au moins un conduit d'admission 35 ; 45 qui prend naissance dans un répartiteur d'air 5 fixé à la culasse et qui débouche au niveau de la tête de cylindre 32 ; 42 par une ouverture d'admission 36 ; 46. Ici, la culasse 30 ; 40 est percée de deux conduits d'admission 35 ; 45 par cylindre, de sorte que chaque tête de cylindre 32 ; 42 présente deux ouvertures d'admission 36 ; 46. Pour l'échappement des gaz brûlés en dehors de chaque cylindre 11, la culasse 30 ; 40 est percée d'au moins un conduit d'échappement 33 ; 43 qui prend naissance sur la tête de cylindre 32 ; 42 par une ouverture d'échappement 34 ; 44 et qui débouche dans un collecteur d'échappement 4 fixé à la culasse. Ici, la culasse 30 ; 40 est percée de deux conduits d'échappement 33 ; 43 par cylindre, de sorte que chaque tête de cylindre 32 ; 42 présente deux ouvertures d'échappement 34 ; 44. Les ouvertures d'admission 36 ; 46 et d'échappement 34 ; 44 sont alors disposées autour de l'axe V du cylindre 11, dans des secteurs angulaires séparés de 90 degrés. Pour l'admission en carburant des cylindres 11, la culasse 30 ; 40 comporte des injecteurs de carburant (non représentés) qui débouchent dans les conduits d'admission 35 ; 45. Bien sûr, en variante, ces injecteurs de carburant pourraient être prévus pour déboucher directement dans les cylindres 11. La culasse 30 ; 40 comporte par ailleurs des soupapes d'admission 25 et des soupapes d'échappement 22 pour réguler les débits d'arrivée de l'air frais et de sortie des gaz brûlés dans chaque cylindre 11. Ces soupapes d'admission 25 et d'échappement 22 présentent en particulier des formes de tiges terminées par des têtes évasées 23, 26, appelées têtes de soupape, qui épousent respectivement les formes des ouvertures d'admission 36 ; 46 et d'échappement 34 ; 44 pour les obturer.

Ces soupapes d'admission 25 et d'échappement 22 sont commandées en position par des arbres à cames 21, 24 qui sont disposés dans la culasse 30 ; 40 et qui sont liés en rotation au vilebrequin 10. De cette manière, chaque soupape peut se lever afin de libérer un passage pour l'air frais ou les gaz brûlés.

Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le rapport entre, d'une part, la distance D2 ; D4 entre le bord de chaque ouverture d'échappement 34 ; 44 et le contour circulaire 32A ; 42A de la tête de cylindre 32 ; 5 6 42, et d'autre part, le diamètre du cercle suivi par le contour circulaire est inférieur à 0,033. A cet effet, la distance D2 ; D4 précitée est ici égale à 2,5 millimètres. Par ailleurs, le rapport entre, d'une part, la distance Dl ; D3 entre le bord de chaque ouverture d'admission 36 ; 46 et le contour circulaire 32A ; 42A de la tête de cylindre 32 ; 42, et d'autre part, le diamètre du cercle suivi par le contour circulaire est supérieur à 0,033. A cet effet, la distance Dl ; D3 précitée est ici égale à 2,5 millimètres. Ainsi, avantageusement la distance entre le bord de chaque ouverture d'échappement 34 ; 44 et le contour circulaire 32A ; 42A est strictement inférieure à la distance entre le bord de l'ouverture d'admission 36 ; 46 et le contour circulaire 32A ; 42A. Par conséquent, les ouvertures d'admission et d'échappement sont disposées de manière dissymétrique par rapport à l'axe V du cylindre Il.

Selon un premier mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 1, le moteur à combustion interne 1 est de type à allumage commandé. A cet effet, une bougie d'allumage (non visible sur la figure) est agencée au centre de la tête de cylindre 32 et débouche à l'intérieur de la chambre de combustion 12. Elle permet alors d'allumer le mélange d'air frais et de carburant admis dans le cylindre 11. Dans ce mode, la tête de cylindre 32 de la culasse 30 présente une forme de toit à double pan, dont le faîte pointe vers le couvre-culasse 3. Cette tête de cylindre 32 comporte en particulier un premier pan 32B pourvu des deux ouvertures d'admission 36 et un second pan 32C pourvu des deux ouvertures d'échappement 34. Avantageusement, le premier pan 32B est incliné par rapport au plan de culasse P1 d'un premier angle d'inclinaison Al qui est supérieur à un second angle d'inclinaison A2 selon lequel le second pan 32C est incliné par rapport à ce même plan de culasse P1. Par conséquent, les deux pans 32B, 32C de la tête de cylindre 32 sont agencés de manière dissymétrique. Plus précisément, le premier angle d'inclinaison Al du premier pan 32B par rapport au plan de culasse P1 est supérieur à 15 degrés, préférentiellement égal à 20 degrés. A l'inverse, le second angle d'inclinaison A2 du second pan 32C par 35 rapport au plan de culasse P1 est inférieur à 20 degrés, préférentiellement égal à 15 degrés. Classiquement, les soupapes 22, 25 sont disposées dans la culasse 30 7 de manière que leurs corps s'étendent en longueur orthogonalement aux pans sur lesquels leurs têtes 23, 26 débouchent. Les soupapes d'admission 25 et d'échappement 22 sont alors respectivement adaptées à se translater selon des directions orthogonales aux premier 32B et second 32C pans de la tête de cylindre 32. En résumé, du côté de l'échappement, la distance D2 séparant initialement (avant la levée de la soupape d'échappement 22) la paroi interne du cylindre 11 et la tranche de la tête de soupape 23 est faible. En outre, le second pan 32C est peu incliné par rapport au plan de culasse P1. On comprend donc que la distance séparant la paroi interne du cylindre 11 et la tranche de la tête de soupape 23 reste faible durant toute la durée de la levée de la soupape d'échappement 22.. De cette manière, la section de passage des gaz brûlés entre la tranche de la tête de soupape 23 et la paroi interne 11A du cylindre 11 reste mince durant l'ensemble de la durée de la levée de la soupape d'échappement 22. Par conséquent, si l'évacuation des gaz brûlés, qui intervient essentiellement du côté de l'axe V du cylindre 11, reste inchangée, le reflux des gaz brûlés, qui a tendance à intervenir sur l'ensemble de la périphérie de la tête de cylindre 23, est quant à lui limité par la faible taille de cette section de passage. La vidange des cylindres 11 en fin de cycle d'échappement est ainsi efficace. Dès lors, il ne reste à la fermeture des soupapes d'échappement 22 qu'une faible quantité de gaz brûlés résiduels stagnant dans la chambre de combustion 12. Partant, une plus grande quantité d'air frais peut être admise dans les cylindres lors du cycle d'admission d'air frais suivant, de manière que les performances du moteur sont accrues. Par ailleurs, la faible quantité de gaz brûlés chauds présents dans les cylindres 11, lors de l'admission du mélange d'air frais et de carburant, limite les phénomènes d'auto-allumage non contrôlé de ce mélange. Ainsi, le moteur à allumage commandé 1 est moins sensible aux problèmes de cliquetis. En résumé aussi, du côté de l'admission, la distance Dl séparant initialement (avant la levée de la soupape d'admission 25) la paroi interne du cylindre 11 et la tranche de la tête de soupape 26 est importante. En outre, le premier pan 32B est assez incliné par rapport au plan de culasse P1. On comprend donc que la distance séparant la paroi interne du cylindre Il et la tranche de la tête de soupape 26 est importante et s'accroît sensiblement durant toute la levée de la soupape d'admission 25. 8 De cette manière, la section de passage de l'air frais entre la tranche de la tête de soupape 26 et la paroi interne 11A du cylindre 11 reste importante durant l'ensemble de la durée de la levée de la soupape d'admission 25. Par conséquent, l'admission d'air frais, qui a tendance à intervenir sur l'ensemble de la périphérie de la tête de cylindre 26, n'est nullement gênée par la paroi interne 11A du cylindre 11. Selon un second mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 2, le moteur à combustion interne 1 est de type Diesel. Il est donc dépourvu de bougie d'allumage.

Dans ce mode, la tête de cylindre 42 de la culasse 40 présente une forme de disque plat s'étendant selon le plan de culasse P2. Bien sûr, en variante, elle pourrait s'étendre en saillie ou en renfoncement de la face inférieure 41 de la culasse 40, selon un plan parallèle au plan de culasse P2. Classiquement, les soupapes 22, 25 sont disposées dans la culasse 40 de manière que leurs corps s'étendent en longueur orthogonalement au plan de culasse P2. Les soupapes d'admission 25 et d'échappement 22 sont alors adaptées à se translater selon des directions orthogonales à ce plan. Ainsi, la distance séparant la paroi interne du cylindre 11 et la tranche de la tête de chaque soupape reste constante durant toute la durée de la levée de cette soupape. De cette rnanière, puisque l'ouverture d'échappement 44 est proche de la paroi interne 11 du cylindre 11, la section de passage des gaz brûlés refoulés entre la tranche de la tête de soupape 23 et la paroi interne 11A du cylindre 11 reste mince durant l'ensemble de la durée de la levée de la soupape d'échappement 22. En revanche, puisque l'ouverture d'admission 46 est éloignée de la paroi interne 11 du cylindre 11, la section de passage de l'air frais admis entre la tranche de la tête de soupape 26 et la paroi interne 11A du cylindre 11 reste importante durant l'ensemble de la durée de la levée de la soupape d'admission 25.

Par conséquent, seul le reflux des gaz brûlés est gêné par la paroi interne 11A du cylindre 11. L'échappement des gaz brûlés et l'admission d'air frais se déroulent quant à eux correctement. La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Culasse (30 ; 40) de bloc-moteur (2) définissant sur sa face inférieure (31 ; 41) au moins une tête de cylindre (32 ; 42) qui présente un contour (32A ; 42A) sensiblement circulaire apte à être positionné dans le prolongement d'une face intérieure (11A) cylindrique d'un cylindre (11) du bloc-moteur (2), et qui est pourvue d'au moins une ouverture d'échappement (34 ; 44) de gaz brûlés, caractérisée en ce que le rapport entre, d'une part, la distance (D2 ; D4) entre le bord de ladite ouverture d'échappement (34 ; 44) et ledit contour (32A ; 42A), et, d'autre part, le diamètre du cercle suivi par ledit contour (32A ; 42) est inférieur à 0,033.

2. Culasse (30 ; 40) selon la revendication précédente, dans laquelle, la tête de cylindre (32 ; 42) étant pourvue d'au moins une ouverture d'admission (36 ; 46) d'air frais, la distance (D2 ; D4) entre le bord de l'ouverture d'échappement (34 ; 44) et ledit contour (32A ; 42A) est strictement inférieure à la distance (Dl ; D3) entre le bord de l'ouverture d'admission (36 ; 46) et ledit contour (32A ; 42A).

3. Culasse (30 ; 40) selon la revendication précédente, dans laquelle le rapport entre, d'une part, la distance (Dl ; D3) entre le bord de l'ouverture d'admission (36 ; 46) et ledit contour (32A ; 42A), et, d'autre part, le diamètre du cercle suivi par ledit contour (32A ; 42) est supérieur à 0,033.

4. Culasse (30) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la tête de cylindre (32) présentant une forme de toit comportant un premier pan (32B) pourvu d'une ouverture d'admission (36) d'air frais et un second pan (32C) pourvu de ladite ouverture d'échappement (34), ledit premier pan (32B) forme avec le plan (P1) dans lequel s'inscrit ledit contour (32A) un premier angle d'inclinaison (Al) qui est strictement supérieur à un second angle d'inclinaison (A2) que forme ledit second pan (32C) avec le plan (P1) dans lequel s'inscrit ledit contour (32A).

5. Culasse (30) selon la revendication précédente, dans laquelle ledit premier angle d'inclinaison (Al) est supérieur à 15 degrés.

6. Culasse (30) selon l'une des deux revendications précédentes, dans laquelle ledit second angle d'inclinaison (A2) est inférieur à 20 degrés.

7. Culasse (40) selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle ladite tête de cylindre (42) présente une forme de disque.

8. Culasse (30 ; 40) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la tête de cylindre (32 ; 42) est pourvue de deux ouvertures d'échappement (34 ; 44) dont les bords sont situés à égale distance dudit contour(32A ; 42A).

9. Culasse (30 ; 40) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la tête de cylindre (32 ; 42) est pourvue de deux ouvertures d'admission (36 ; 46) dont les bords sont situés à égale distance dudit contour (32A ; 42A).

10. Bloc-moteur (2) comportant un bloc-cylindres (6) pourvu d'au moins un cylindre (11), caractérisé en ce qu'il comporte une culasse (30 ; 40) selon l'une des revendications précédentes dont la tête de cylindre (32 ; 42) recouvre une extrémité dudit cylindre (11).