FR2927127A1 - Dispositif de repartition des gaz d'admission pour un moteur a combustion interne. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de répartition (1) d'air d'admission pour moteur à combustion interne, comprenant :-des première et deuxième parois (41,42) délimitant un volume intérieur (7), la première paroi étant destinée à être disposée en vis-à-vis d'une culasse et incluant un matériau thermoplastique ;-un conduit d'entrée d'air frais (31) débouchant dans le volume intérieur ;-un conduit d'entrée de gaz d'échappement (21) débouchant dans le volume intérieur ;-au moins un conduit de sortie d'air d'admission (51) débouchant dans le volume intérieur.Tout ou partie de la face intérieure des parois (41, 42) sont=recouvertes d'un matériau métallique (43).
Description
DISPOSITIF DE REPARTITION DES GAZ D'ADMISSION POUR UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE
L'invention concerne l'admission d'air dans un moteur à combustion interne, et en 5 particulier les dispositifs de répartition d'air d'admission introduisant de l'air frais et de l'air provenant du circuit d'échappement dans la chambre de combustion du moteur. La recirculation des gaz d'échappement permet de diminuer le niveau des oxydes d'azote émis dans les gaz d'échappement. La recirculation de gaz d'échappement consiste à introduire de l'air frais et des gaz d'échappement dans la chambre de combustion du moteur. Pour des moteurs 10 diesels, il est courant de voir des taux de recirculation de l'ordre de 50 %, ce qui signifie que la moitié des gaz aspirés par un cylindre d'un moteur à combustion interne sont des gaz d'échappement recirculés. Des normes d'émission de gaz polluants de plus en plus stricte ont conduit à la généralisation de circuits de recirculation de gaz d'échappement EGR pour les moteurs diesel. Cependant, l'utilisation de l'EGR pour les moteurs à allumage commandé est 15 également en plein développement. Un moteur à combustion interne ou moteur thermique, ayant un ou plusieurs cylindres, est doté d'une culasse, formant un couvercle au-dessus du carter cylindres. Au moins une soupape d'admission d'air et une soupape d'échappement sont montées dans la culasse pour des moteurs dits à quatre temps. L'air d'admission est amené aux soupapes par l'intermédiaire d'un 20 dispositif répartiteur. Ce dispositif répartiteur comprend un volume intérieur en communication avec l'air extérieur d'une part, et en communication avec l'échappement par l'intermédiaire d'une vanne d'autre part. Un conduit d'entrée d'air frais et un conduit d'entrée de gaz d'échappement débouchent ainsi dans le volume intérieur, ou débouchent dans un raccord de mélange en amont de ce volume intérieur, le raccord débouchant lui- même dans le volume intérieur. Un ou plusieurs 25 conduits de sortie d'air d'admission connectent le volume intérieur à une ou plusieurs tubulures d'admission débouchant dans des chambres de combustion au niveau des soupapes d'admission.
Bien que des dispositifs répartiteurs en alliage d'aluminium soient connus, la plupart des dispositifs répartiteurs commercialisés sont formés par moulage d'un matériau thermoplastique. 30 Pour augmenter leur résistance mécanique, le matériau thermoplastique est généralement renforcé par des fibres, telles que des fibres de verre. Ces dispositifs répartiteurs sont plus légers et moins coûteux que des dispositifs répartiteurs réalisés en alliage d'aluminium. Les dispositifs répartiteurs présentent généralement une paroi supérieure et une paroi inférieure entre lesquelles le volume intérieur est ménagé. Les extrémités des conduits de sortie d'air d'admission 35 débouchent le plus souvent au niveau de la paroi inférieure du dispositif répartiteur. La face extérieure de la paroi inférieure est orientée vers la culasse du moteur. La face extérieure de la paroi supérieure est généralement orientée vers le capot du compartiment moteur. De tels dispositifs répartiteurs présentent des inconvénients. En effet, des cas de fusion localisée des parois ont été constatés. Le fonctionnement du moteur s'en trouve alors affecté. 40 L'invention vise à apporter une solution afin de minimiser ces risques de fusion localisée et ainsi rendre plus résistant le répartiteur d'air. L'invention porte ainsi sur un dispositif de répartition d'air d'admission pour moteur à combustion interne, comprenant : -des première et deuxième parois délimitant un volume intérieur, la première paroi étant destinée 5 à être disposée en vis-à-vis d'une culasse et incluant un matériau thermoplastique ; -une entrée d'air frais débouchant dans le volume intérieur ; -une entrée de gaz d'échappement débouchant dans le volume intérieur ; -au moins un conduit de sortie d'air d'admission débouchant dans le volume intérieur ; caractérisé en ce que la face intérieure des parois sont recouvertes d'un matériau métallique. 10 Selon une variante, l'entrée d'air frais et l'entrée de gaz d'échappement sont une même entrée, le dispositif comprenant en outre un raccord débouchant dans cette entrée, le raccord étant muni d'une entrée d'air frais et d'une entrée de gaz d'échappement distinctes. Selon encore une variante, le raccord incluse un matériau thermoplastique et sa face intérieure est recouverte d'un matériau métallique. 15 Selon une autre variante, l'entrée d'air frais et l'entrée de gaz d'échappement du dispositif sont distinctes. Selon encore une autre variante, un conduit débouche sur l'entrée d'air frais et un conduit débouche sur l'entrée de gaz d'échappement. Selon encore une variante, le conduit d'entrée de gaz d'échappement est délimité par 20 une paroi en matériau thermoplastique, cette paroi présentant une surface intérieure dans la continuité de la face intérieure de l'une des parois du volume intérieur, cette surface intérieure étant recouverte d'un matériau métallique. Selon une autre variante, ledit matériau thermoplastique est du polyamide. Selon encore une autre variante, ledit matériau thermoplastique est renforcé par des 25 fibres. Selon une variante, ledit matériau thermoplastique est renforcé par des fibres de verre. Selon encore une autre variante, les parois comprennent au moins 50 % de matériaux thermoplastiques. Selon une variante, le matériau métallique forme un revêtement adhérent à la face 30 intérieure des parois. Selon une autre variante, le matériau métallique est chimiquement compatible avec le matériau thermoplastique. Selon encore une autre variante, le dispositif comprend plusieurs desdits conduits de sortie d'air d'admission débouchant dans le volume intérieur. 35 L'invention porte également sur un moteur à combustion interne pour véhicule automobile, comprenant : -une culasse recouvrant une chambre de combustion du moteur et comprenant une soupape d'admission et une soupape d'échappement obturant sélectivement l'entrée de la chambre de combustion ; -un circuit d'échappement relié à la culasse par l'intermédiaire de la soupape d'échappement ; -un dispositif de répartition d'air d'admission tel que décrit ci-dessus, dans lequel l'entrée de gaz d'échappement est reliée au circuit d'échappement et dans lequel ledit conduit de sortie d'air d'admission est relié à la chambre de combustion par l'intermédiaire de la soupape d'admission.
L'invention porte en outre sur un procédé de fabrication d'un dispositif de répartition d'air d'admission pour moteur à combustion interne, comprenant une étape de recouvrement par un matériau métallique de la surface intérieure de tout ou partie des parois en matériau thermoplastique, lesdites parois délimitant un volume intérieur et étant destinées à être disposées en vis-à-vis d'une culasse.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : -la figure 1 est une vue de dessus d'un dispositif de répartition d'air d'admission selon l'invention ; -la figure 2 est une vue de dessous du dispositif de répartition de la figure 1 ; -la figure 3 est une vue en coupe du dispositif de répartition au niveau de conduits de sortie d'air d'admission ; -la figure 4 est une vue agrandie d'un détail de la figure 3.
Un thermoplastique désigne un polymère susceptible d'être ramolli par chauffage et durci par refroidissement de manière répétée. Les polymères thermoplastiques sont transformés sans réaction chimique, contrairement aux polymères thermodurcissables. La cadence de transformation de ces polymères thermoplastiques est principalement liée à leur vitesse de refroidissement et est donc beaucoup plus rapide que celle des polymères thermodurcissables.
Les inventeurs ont constaté que la fusion localisée des parois d'un dispositif répartiteur était due à l'accumulation de goudron sur la face intérieure de ces parois. Ce goudron comprend notamment de l'huile moteur dégradée thermiquement ainsi que d'autres déchets provenant des gaz d'échappement recirculés. Ce goudron entre en combustion spontanée dans certaines conditions de température. La combustion du goudron chauffe localement la paroi à une température supérieure à la température de fusion de son matériau thermoplastique ce qui conduit à des perforations. Du fait de la proportion croissante de gaz d'échappement dans l'air d'admission, la quantité de goudron amenée à se déposer augmente, le risque de fusion localisée de la paroi étant ainsi accru. L'invention propose un dispositif répartiteur d'air d'admission comprenant une paroi destinée à être disposée en vis-à-vis d'une culasse et délimitant un volume mettant en communication une entrée de gaz d'échappement et une sortie d'air d'admission. La paroi comprend un matériau thermoplastique et sa face intérieure est recouverte d'un matériau métallique. Le matériau métallique accroît la conductivité thermique de cette paroi. L'accroissement 40 de la conductivité thermique de cette paroi suffira à limiter la température locale du matériau thermoplastique, la combustion du goudron étant de courte durée. L'invention permet d'utiliser des matériaux thermoplastiques présentant une température de fusion inférieure ou égale à 300° C, sans pour autant nuire à la fiabilité du dispositif répartiteur.
Les figures 1 et 2 sont respectivement des vues de dessus et de dessous d'un dispositif de répartition 1 d'air d'admission pour moteurs à combustion interne. Le dispositif de répartition 1 comprend des première et deuxième parois 41 et 42 délimitant entre elles un volume intérieur 7. Le volume intérieur 7 est destiné à mélanger de l'air frais avec des gaz d'échappement, pour fournir ce mélange aux différentes chambres de combustion. La paroi 41 est destinée à être disposée en vis-à-vis de la culasse d'un moteur. La paroi 42 pourra être orientée vers un volume libre du compartiment moteur. Ces deux parois sont en contact avec l'air situé sous le capot. Cet air plus froid (température proche de 100°C) en circulant autour des pièces participe au refroidissement des parois inférieures et supérieures. Le dispositif de répartition 1 comprend un conduit 31 d'entrée d'air frais débouchant dans le volume intérieur 7. Le conduit 31 met en communication le volume intérieur 7 avec un orifice 32. L'orifice 32 peut être raccordé à un doseur d'air (ou à un raccord doseur / répartiteur) non illustré. Le dispositif de répartition 1 comprend un conduit 21 d'entrée de gaz d'échappement débouchant dans le volume intérieur 7. Le conduit 21 met en communication le volume intérieur 7 avec un orifice 22. L'orifice 22 est raccordé à un circuit d'échappement non illustré. De façon connue en soi, l'orifice 22 peut être raccordé au circuit d'échappement par l'intermédiaire d'une vanne de régulation de la quantité de gaz d'échappement recyclée. Selon une variante non illustrée, on peut également envisager que les gaz d'échappement à recycler et l'air frais débouchent dans un raccord en amont du volume intérieur. Ce raccord présentera alors des entrées respectives pour l'air frais et les gaz d'échappement à recycler. Les gaz d'échappement et l'air frais commencent ainsi à se mélanger avant d'atteindre le volume intérieur. Les gaz d'échappement et l'air frais pénètrent alors dans le volume intérieur du dispositif de répartition 1 par une même entrée. Ce raccord pourra inclure un matériau thermoplastique et sa face intérieure pourra être recouverte d'un matériau métallique. Le dispositif de répartition 1 comprend plusieurs conduits 51 de sortie d'air d'admission débouchant dans le volume intérieur 7. Chaque conduit 51 met en communication le volume intérieur 7 avec un orifice 52. Chaque orifice 52 est destiné à être raccordé à une tubulure d'admission débouchant dans une chambre de combustion, dont l'entrée est sélectivement obturée par une soupape d'admission disposée au niveau de la culasse. La paroi 41 inclut un matériau thermoplastique 43 formant l'essentiel de son épaisseur. Le 35 dispositif de répartition 1 pourra être réalisé par moulage d'un même matériau thermoplastique, afin de former des parois 41,42 et des conduits monoblocs 21,31,51. La surface intérieure de la paroi 41 et de la paroi 42 est recouverte d'un matériau métallique 43. Le matériau métallique 43 favorise la conductivité thermique de la chaleur. Ainsi, en présence d'une combustion momentanée de goudron, la chaleur dégagée sera répartie sur 40 une plus grande surface de la face intérieure de la paroi 41. La chaleur n'étant alors plus concentrée localement, la paroi 41 sera protégée contre une fusion de son matériau thermoplastique. Par ailleurs, le matériau métallique 43 présent sur la face intérieure permet de réduire l'épaisseur de goudron pouvant adhérer à la paroi 41. L'homme du métier pourra déterminer un matériau métallique chimiquement compatible avec le matériau thermoplastique utilisé pour la paroi 41.
En l'occurrence, le matériau métallique 43 forme un revêtement métallique adhérant à la face intérieure de la paroi 41 et de la paroi 42. Ce revêtement permettra également d'accroître la résistance mécanique de la paroi 41 et de la paroi 42. Le revêtement pourra être formé par un dépôt d'un alliage métallique nanocristallin, contenant un alliage de nickel et de fer. Un tel alliage métallique est notamment commercialisé sous le nom commercial Metafuse par la société Dupont. Cet alliage est particulièrement avantageux pour revêtir des matières thermoplastiques renforcées par des fibres de verre. Selon le procédé de fabrication du revêtement métallique utilisé, on formera également avantageusement un revêtement métallique 44 sur la face intérieure de la paroi 42. Le document WO2006/063469 décrit des procédés de formation de revêtements à grain fin par dépôt métallique. Le dépôt est effectué par électrodéposition en courant alternatif ou continu. Ce document fait référence à des techniques déjà connues de dépôt de métaux à grain fin par électrodéposition, par la sélection de formulations et de conditions de bains de plaquage adéquates. Ce document fait également référence à des procédés de dépôt chimiques en phase vapeur ou par pistolage à froid. Ce document préconise de réaliser un revêtement métallique ayant une taille de grain comprise entre 2 et 5000 nm, une épaisseur comprise entre 25pm et 5 mm, et une dureté comprise entre 200 et 3000 VHN. Le revêtement décrit présente une résilience comprise entre 0,25 et 25 MPa et une limite à l'allongement élastique comprise entre 0,25% et 2%. Le document indique des valeurs de rugosité à respecter pour la surface à métalliser.
Le matériau plastique utilisé pour la paroi 41 pourra être du polyamide. L'épaisseur de la paroi 41 et de la paroi 42 comprend avantageusement au moins 50 % de matériaux thermoplastiques. La paroi 41 et la paroi 42 sont avantageusement formées d'un matériau thermoplastique renforcé par des fibres, ce qui accroît leur résistance mécanique et leur durée de vie. Les fibres de renforcement pourront par exemple être des fibres de verre. Le matériau thermoplastique pourra notamment être du PA6 GF35, du PA66 GF35, du PA66 GF 30, du PA46GF30 ou du PPAGF30. Le conduit d'entrée de gaz d'échappement 21 est délimité par une paroi en matériau thermoplastique. Cette paroi présente une surface intérieure dans la continuité soit de la face intérieure de la paroi 42, soit de la face intérieure de la paroi 41, soit de la face intérieure d'un raccord situé en amont du répartiteur (dans le cas ou le mélange air frais/gaz d'échappement est réalisé au niveau de ce raccord et non directement dans le répartiteur). Cette surface intérieure est avantageusement recouverte d'un matériau métallique. Comme illustré aux figures 3 et 4, les conduits 51 de sortie d'air d'admission peuvent être délimités par des parois 53 en thermoplastique présentant une surface intérieure dans la continuité de la face intérieure de la paroi 41 et la paroi 42. La surface intérieure des conduits 51 est recouverte de matériau métallique 54.
Une variante proposée consiste à réaliser un recouvrement métallique localisé sur les parois 41 et 42 du répartiteur d'air, uniquement au niveau des zones où les risques d'auto-inflammations des goudrons sont les plus grands, comme par exemple les zones ou les goudrons ont une plus grande probabilité de s'accumuler avant de s'enflammer. Ainsi, le revêtement métallique peut être réalisé sur tout ou partie de la surface interne d'un répartiteur d'air (et/ou d'un raccord amont comme un raccord doseur / répartiteur dans le cas où le mélange air frais/ gaz d'échappement est réalisé dans un raccord amont et non directement dans le répartiteur).
Claims (15)
1. Dispositif de répartition (1) d'air d'admission pour moteur à combustion interne, comprenant : -des première et deuxième parois (41,42) délimitant un volume intérieur (7), la première paroi étant destinée à être disposée en vis-à-vis d'une culasse et incluant un matériau thermoplastique ; -une entrée d'air frais (31) débouchant dans le volume intérieur ; -une entrée de gaz d'échappement (21) débouchant dans le volume intérieur ; -au moins un conduit de sortie d'air d'admission (51) débouchant dans le volume intérieur ; caractérisé en ce que la face intérieure des parois (41, 42) sont recouvertes d'un matériau métallique (43).
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'entrée d'air frais et l'entrée de gaz d'échappement sont une même entrée, le dispositif comprenant en outre un raccord débouchant dans cette entrée, le raccord étant muni d'une entrée d'air frais et d'une entrée de gaz d'échappement distinctes.
3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le raccord incluse un matériau thermoplastique et sa face intérieure est recouverte d'un matériau métallique.
4. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'entrée d'air frais et l'entrée de gaz d'échappement du dispositif sont distinctes.
5. Dispositif selon la revendication 4, comprenant un conduit (31) débouchant sur l'entrée d'air frais et un conduit (21) débouchant sur l'entrée de gaz d'échappement.
6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel le conduit d'entrée de gaz d'échappement (21) est délimité par une paroi en matériau thermoplastique, cette paroi présentant une surface intérieure dans la continuité de la face intérieure de l'une des parois du volume intérieur, cette surface intérieure étant recouverte d'un matériau métallique.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit matériau thermoplastique est du polyamide.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit matériau 35 thermoplastique est renforcé par des fibres. 30
9. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel ledit matériau thermoplastique est renforcé par des fibres de verre.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les parois (41, 42) comprennent au moins 50 % de matériaux thermoplastiques.
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau métallique forme un revêtement adhérent à la face intérieure des parois.
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau métallique (43) est chimiquement compatible avec le matériau thermoplastique.
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant plusieurs 15 desdits conduits de sortie d'air d'admission débouchant dans le volume intérieur (7).
14. Moteur à combustion interne pour véhicule automobile, comprenant : -une culasse recouvrant une chambre de combustion du moteur et comprenant une soupape d'admission et une soupape d'échappement obturant sélectivement l'entrée de la chambre de 20 combustion ; -un circuit d'échappement relié à la culasse par l'intermédiaire de la soupape d'échappement ; -un dispositif de répartition (1) d'air d'admission selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'entrée de gaz d'échappement est reliée au circuit d'échappement et dans lequel ledit conduit de sortie d'air d'admission est relié à la chambre de combustion par 25 l'intermédiaire de la soupape d'admission.
15. Procédé de fabrication d'un dispositif de répartition d'air d'admission pour moteur à combustion interne, comprenant une étape de recouvrement par un matériau métallique de la surface intérieure de tout ou partie des parois en matériau thermoplastique, lesdites parois 30 délimitant un volume intérieur et étant destinées à être disposées en vis-à-vis d'une culasse.10
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| WO2021013755A1 (fr) | 2019-07-19 | 2021-01-28 | Sogefi Air & Cooling | Repartiteur d'admission en matiere plastique avec un chemisage interieur au moins partiel |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| FR2927127B1 (fr) | 2010-02-12 |
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