FR3073257A1 - Dispositif d'admission d'air pour moteur thermique - Google Patents

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Abstract

Circuit d'admission d'air (10) pour un moteur thermique, ledit circuit d'admission d'air étant destiné à être positionné entre un élément de compression d'air et au moins une partie supérieure de chambre de combustion (14) creusée dans une culasse (11) du moteur, ledit circuit d'admission d'air (10) comprenant la culasse (11), un répartiteur d'admission d'air (17), et au moins un conduit d'admission d'air (12), caractérisé en ce que le circuit comprend au moins un réceptacle (25) concave tourné vers l'extérieur du moteur, logé dans une cavité (22) de la culasse, et connecté avec un élément tubulaire (26) enfoncé dans le au-moins un conduit d'admission (12) d'air.

Description

DISPOSITIF D’ADMISSION D’AIR POUR MOTEUR THERMIQUE
Domaine technique de l’invention
La présente invention concerne un circuit d’admission d’air pour moteur thermique ou à combustion interne.
L’invention concerne également un moteur thermique comprenant un tel un circuit d’admission d’air.
Enfin, l’invention concerne un véhicule automobile comprenant un tel circuit d’admission d’air ou un tel moteur thermique.
État de la technique
Afin de respecter les normes internationales d’émissions des moteurs à allumage commandé, notamment des moteurs à essence, les constructeurs automobiles cherchent à optimiser la combustion du carburant, essence ou diesel, au sein des chambres de combustion du moteur. Dans cette optique, le circuit d’admission d’air doit respecter certaines contraintes : de l’air frais doit être apporté dans chaque chambre de combustion en quantité maîtrisée et tout en générant une turbulence aérodynamique. La turbulence générée est différente selon que l’on a affaire à un moteur à allumage commandé ou un moteur diesel.
Pour améliorer l’efficacité du moteur, il est connu d’intégrer un élément de compression d’air dans le circuit d’admission d’air du moteur afin d’augmenter la pression des gaz admis et permettre un meilleur remplissage des cylindres du moteur en mélange air/carburant, ce qui amène à augmenter la puissance volumique du moteur et donc à augmenter sa puissance ou de réduire la consommation du moteur. Cet élément de compression peut être un compresseur électrique ou un compresseur d’un turbocompresseur, disposé entre un filtre à air et un répartiteur d’admission d’air du moteur. L’air est ainsi capté depuis une face avant du véhicule, puis passe successivement par le filtre, l’élément de compression, un répartiteur d’admission avant de rentrer dans le moteur par des conduites d’admission d’air creusées dans une culasse.
Cependant après compression, l’air d’admission s’est réchauffé ce qui est néfaste à l’efficacité du moteur.
Pour amener de l’air frais dans le moteur, un échangeur thermique est agencé dans le circuit d’admission d’air, entre l’élément de compression et le répartiteur d’admission du moteur, pour refroidir l’air compressé qui entre dans les chambres de combustion.
De manière connue, l’air collecté dans le répartiteur d’admission d’air est distribué dans chaque chambre de combustion par les conduites d’admission d’air traversant la culasse du moteur, ce qui permet de maîtriser les flux d’air d’admission dans chaque cylindre du moteur. Le répartiteur d’admission d’air comprend un boîtier papillon, un volume d’air tampon, également dénommé plénum, et au moins autant de conduites d’admission d’air que de cylindres. Le répartiteur d’admission d’air, également dénommé collecteur d’admission d’air, peut-être par exemple une pièce de fonderie ou une pièce en plastique fixée contre la culasse.
Le répartiteur d’admission et les conduites d’admission sont aptes à générer des turbulences aérodynamiques dans la chambre de combustion afin de mélanger idéalement l’essence à l’air pour obtenir une combustion efficace. Pour générer ces turbulences aérodynamiques, la géométrie et l’orientation des conduites d’admission d’air par rapport à la chambre de combustion jouent un rôle primordial.
De manière connue, le répartiteur d’admission d’air et l’échangeur thermique sont fixés sur le moteur, notamment sur une paroi de la culasse, ce qui accroît sensiblement l’encombrement du moteur.
De plus, la réduction du poids du moteur est importante dans l’objectif de réduire la consommation et les émissions de polluant tels que les oxydes de carbone. Afin de réduire la masse de la culasse, il est connu d’intégrer dans la paroi de culasse des éléments du répartiteur d’admission d’air. Ainsi ladite paroi de culasse peut être une paroi du plénum d’un répartiteur.
La publication US3949715-A divulgue une culasse présentant un plénum d’un répartiteur d’admission d’air. Ledit plénum fait partie de la culasse ce qui accroît le volume de la culasse et par conséquent le poids de celle-ci.
Le but de l’invention est de fournir un circuit d’admission d’air pour moteur à thermique, essence ou diesel, remédiant aux inconvénients ci-dessus et améliorant les circuits d’admission d’air pour moteur thermique connus de l’art antérieur.
Présentation de l’invention
En particulier, l’invention permet de réaliser un circuit d’admission d’air pour moteur thermique comprenant une tel circuit d’admission d’air qui soient compacts, facile à assembler et minimisant le poids dudit circuit, optimisant la circulation d’air, et qui permettent de limiter les pertes de charge des flux d’air.
Plus précisément, l’invention concerne un circuit d’admission d’air pour un moteur thermique, ledit circuit d’admission d’air étant destiné à être positionné entre un élément de compression d’air et au moins une partie supérieure de chambre de combustion creusée dans une culasse du moteur, ledit circuit d’admission d’air comprenant la culasse, un répartiteur d’admission d’air, et au moins un conduit d’admission d’air, caractérisé en ce que le circuit comprend au moins un réceptacle concave tourné vers l’extérieur du moteur, logé dans une cavité de la culasse, et connecté avec un élément tubulaire enfoncé dans le au-moins un conduit d’admission d’air.
De manière avantageuse, le réceptacle et l’élément tubulaire forment un dispositif pour diriger l’air d’admission directement dans les conduits d’admission creusés dans la culasse. Ils peuvent donc suppléer la formation d’une culasse complexe notamment de la cavité de ladite culasse pour collecter et diriger les flux d’air vers les conduits d’admission de la culasse.
Selon d’autres caractéristiques de l’invention :
- le réceptacle est entouré par un rebord radial destiné à venir en appui contre une paroi de fixation de la culasse.
De manière avantageuse, le rebord radial permet un point de fixation du réceptacle vis-à-vis de la culasse.
- l’élément tubulaire connecté au réceptacle est conique.
De manière avantageuse, l’élément tubulaire connecté au réceptacle est conique pour permettre une accélération du flux d’air d’admission à son entrée dans la chambre à combustion.
- le réceptacle comporte une paroi déflectrice pour diriger un flux d’air vers une ouverture connectée avec l’élément tubulaire.
De manière avantageuse, le réceptacle comporte une paroi déflectrice pour diriger un flux d’air vers une ouverture connectée avec l’élément tubulaire ; sa forme est donc optimisée pour diriger le flux d’air d’admission.
- la paroi de l’élément tubulaire comporte un rigole annulaire en vis-à-vis avec le au-moins un conduit d’admission d’air destinée à accueillir un joint d’étanchéité.
De manière avantageuse, l’élément tubulaire comprend un joint d’étanchéité pour éviter tout refoulement d’air d’admission dans des cavités existantes dans la culasse.
- le rebord radial du réceptacle comprend un élément d’étanchéité en visà-vis avec la paroi de fixation de la culasse.
- l’élément d’étanchéité est dans une liste comprenant une lèvre parcourant le contour du rebord, un joint d’étanchéité logé entre le rebord radial et la paroi de fixation de la culasse.
De manière avantageuse, le rebord radial du réceptacle comporte un élément d’étanchéité vis-à-vis de la culasse.
-le réceptacle est en plastique.
De manière avantageuse, le réceptacle est en matière plastique ce qui permet une réduction de poids.
-le réceptacle est distant de la paroi de la cavité de la culasse.
De manière avantageuse, le réceptacle est distant de la paroi de la cavité de la culasse, l’évidement de la cavité est donc supérieur au volume du réceptacle. L’évidement de la culasse pour former la cavité peut donc être optimisé pour une réduction sensible du poids.
-le réceptacle, le rebord radial et l’élément tubulaire sont d’une seule pièce.
De manière avantageuse, le réceptacle, le rebord radial et l’élément tubulaire sont d’une seule pièce, ce qui facilite la fabrication tout en autorisant une amélioration de la rigidité de l’ensemble.
-le répartiteur comprend une bouche de sortie aval entourée radialement par un trottoir de fixation destiné à venir en appui sur le rebord radial du réceptacle et sur la paroi de fixation de la culasse.
De manière avantageuse, le rebord radial est adapté pour la jonction optimale du répartiteur avec la culasse.
-le rebord radial, le réceptacle et l’élément tubulaire sont parties du répartiteur d’admission d’air.
De manière avantageuse, le rebord radial, le réceptacle et l’élément tubulaire sont parties du répartiteur d’admission d’air, ce qui permet de réduire le nombre de pièces en référence et le nombre de manipulations pour l’assemblage du circuit d’admission d’air.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels :
-la figure 1 est une vue schématique longitudinale d’une coupe d’un circuit d’admission d’air.
-la figure 2 est une vue schématique de coupe de dessus du circuit d’admission d’air selon l’invention.
-la figure 3 est une vue schématique de coupe longitudinale du circuit d’admission d’air selon l’invention.
Description détaillée des figures
Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires.
Tel que représenté schématique en figure 1, les véhicules automobiles peuvent être équipés de moteur thermique 100 ou à combustion interne. Le moteur thermique comprend généralement une culasse surmontant un bloccylindres 101, également dénommé « bloc-moteur ». Le moteur comprend également un circuit d’admission d’air 10 par lequel de l’air entre dans des chambres de combustion 14 du moteur depuis l’extérieur.
L’air est capté depuis une face avant du véhicule et passe par le circuit d’admission pour être injecté dans les chambres à combustion. Pour améliorer les performances du moteur, il est connu d’augmenter la pression des gaz admis et permettre un meilleur remplissage des cylindres du moteur en mélange air/carburant. La puissance volumique du moteur est ainsi augmentée de même que sa puissance avec une réduction de la consommation du moteur. Un étage de compression d’air d’admission est ainsi disposé entre un filtre à air et le moteur. Cet étage de compression est formé soit par la partie de compression d’un turbocompresseur soit par un compresseur électrique. Selon la figure 1, on peut voir un cône amont 102 de connexion entre l’étage de compression (non représenté) et le circuit d’admission d’air 10.
L’air compressé est alors à température élevée et sa masse volumique est réduite ce qui est néfaste à la performance du moteur. Il est donc utile d’adjoindre audit compresseur en aval selon le sens de circulation de l’air au compresseur un étage de refroidissement de l’air. Cet étage de refroidissement peut être composé d’un refroidisseur 16 et plus précisément d’un échangeur air/eau. De l’eau à température modérée passe par l’échangeur et emporte une partie de la chaleur de l’air compressé.
L’air est ensuite dirigé vers un répartiteur d’admission 17 d’air pour maîtriser les flux d’air admis dans les chambres à combustion 14. Ledit répartiteur est fixé par une bride 104 à une paroi de fixation 20 de la culasse du moteur et dirige l’air compressé et refroidi vers des conduits d’admission 12 d’air creusés dans la culasse. Lesdits conduits d’admission dans la culasse sont de forme et de profil particuliers selon le type de moteur par exemple à carburant diesel ou à allumage commandé.
Le circuit d’admission 10 est disposé entre un compresseur (non représenté) et le moteur 100 qui comprend un carter cylindres 101 surmonté de la culasse 11. Dans le carter-cylindres sont disposés des cylindres 103 dans lesquels sont logés des pistons. Lesdits pistons sont animés d’un mouvement de coulissement selon l’axe du cylindre en va et vient.
Une chambre de combustion est définie pour chacun des cylindres et elle est délimitée par le cylindre, le piston et une paroi inférieure 13 de la culasse. Dans la dite paroi inférieure de la culasse débouchent les conduits d’admission 12 dont les ouvertures vers chacune des chambres à combustion 14 sont obturées par des soupapes commandées 15.
Selon les figures 1 à 3, le refroidisseur 16 et le répartiteur 17 d’admission d’air sont en une seule pièce 19. Le refroidisseur est aussi appelé WCAC acronyme pour «WCAC » signifiant Water Charge Air Cooler pour refroidisseur eau/air. Le répartiteur se distingue essentiellement par un plénum 18 ou chambre de réserve d’air avant l’entrée dans les conduits d’admission 12 de la culasse. Dans notre mode de réalisation le répartiteur et en aval de l’échangeur et partage un même carter. Ledit carter est directement fixé sur une paroi de fixation de la culasse. Ladite paroi de fixation 20 s’étend sur un plan et présente une inclinaison par rapport à un plan horizontal représenté par exemple par un plan de joint 21 entre la culasse et le carter cylindres. Ladite inclinaison permet une mise en place du refroidisseur plus simple et un maintien plus fiable.
La description qui suit est faite pour un cylindre pour faciliter la compréhension mais le moteur selon l’invention comporte au-moins un cylindre.
Selon les deux figures, la culasse 11 comporte une cavité 22 dans laquelle débouche un conduit primaire 23 d’admission d’air. Ce conduit primaire est ensuite prolongé par deux conduits secondaires 24 qui amèneront l’air d’admission selon deux directions distinctes dans la chambre à combustion pour obtenir un effet tourbillonnant (« swirl » ou « tumble ») désiré selon le type de moteur à carburant diesel ou essence.
La cavité 22 est obtenue par moulage et l’état de surface de la paroi de la cavité est peu important. De manière avantageuse, la culasse est évidée autant que possible en tenant compte des contraintes mécaniques de rigidité de la culasse, autour du débouché du conduit primaire 23 d’admission.
Un réceptacle 25 est disposé dans la cavité. Le réceptacle présente une forme de cuvette avec une courbure tournée vers l’extérieur du moteur et vers le répartiteur lorsque le répartiteur est monté contre la paroi de fixation de la culasse.
Le réceptacle 25 comporte une ouverture 30 connectée avec un élément sensiblement tubulaire 26. Ledit élément tubulaire permet de diriger l’air d’admission dans le conduit primaire 23 d’admission de la culasse 11. Ledit élément tubulaire est sensiblement conique avec une réduction de la section de passage d’amont 25 en aval 28 pour accélérer l’air d’admission. La section extérieure de l’extrémité aval 28 de cet élément tubulaire est sensiblement complémentaire au jeu de montage près à la section de passage du conduit primaire 23.
De manière préférentielle, l’extrémité aval de l’élément tubulaire est entourée par une pièce d’étanchéité entre l’extrémité aval 28 de l’élément tubulaire 26 et le conduit primaire d’admission 23 de la culasse, pour éviter des retours d’air en direction de la cavité 22 de la culasse. Cette pièce peut être une lèvre d’étanchéité. De manière préférentielle, selon le mode de réalisation présenté en figure 2, cette pièce d’étanchéité est un joint annulaire 29 reçu dans une rigole annulaire (non représentée) en vis-à-vis ave la paroi du conduit primaire 23 de la culasse et entourant l’extrémité aval 28 de l’élément tubulaire. Le joint annulaire 29 est en élastomère et présente des propriétés d’élasticité et d’amortissement.
Le réceptacle 25 comporte une paroi déflectrice 31 apte à diriger l’air d’admission vers l’ouverture 30 connectée avec l’élément tubulaire 26. La paroi déflectrice 31 telle que représentée en figure 3 est par exemple plane et inclinée par rapport au plan horizontal 21 pour diriger l’air d’admission vers la partie inférieure du réceptacle ou est disposée l’ouverture 30, une fois le réceptacle monté dans la culasse.
Le réceptacle 25 est entouré par un rebord 32 ou trottoir de fixation s’étendant radialement et destiné à venir en appui contre la paroi de fixation 20 de la culasse 11. Ledit rebord 32 s’étend sur un plan d’appui 34.
De manière avantageuse, le volume délimité par le réceptacle 25 et le plan d’appui 34 est inférieur au volume délimité par la cavité 22 et le plan de la paroi de fixation 20 de la culasse. De ce fait la paroi du réceptacle 25 est distante de la paroi de la cavité 22 de la culasse une fois le réceptacle monté dans la culasse. Ceci permet également un montage aisé du réceptacle avec l’élément tubulaire dans la culasse 11.
De manière préférentielle, ledit rebord de fixation comporte un élément d’étanchéité en vis-à-vis avec la paroi de fixation 20 de la culasse. Ledit élément d’étanchéité est dans une liste comprenant une lèvre parcourant le contour du rebord, un joint d’étanchéité logé entre le rebord et le plan de la paroi de fixation 20 de la culasse.
De manière préférentielle le rebord de fixation est formé pour être en accord avec le pourtour du répartiteur d’air d’admission. En effet, le répartiteur 17 comporte une bouche aval de sortie d’air entourée par un trottoir de fixation 33 destiné à venir en appui contre le rebord de fixation 32 et contre la paroi de fixation 20 de la culasse 11. Ledit rebord de fixation est donc interposé entre le répartiteur d’air 17 et la paroi fixation 20 de la culasse 11. Un élément d’étanchéité également est disposé entre le rebord de fixation 32 et le trottoir de fixation 33 du répartiteur. Ledit élément d’étanchéité peut être dans une liste comprenant une lèvre parcourant le contour du rebord, un joint d’étanchéité logé entre le rebord et le trottoir de fixation 33 du répartiteur.
De manière avantageuse, les trois éléments qui sont le rebord de fixation 32, le réceptacle 25 et l’élément tubulaire 26 sont issus d’une même pièce obtenue par moulage et en matière plastique et forment une pièce d’interface 35 entre le répartiteur 17 et la culasse 11 permettant d’obtenir une culasse plus légère et plus simple à fabriquer.
Le montage de l’interface comprend les étapes suivantes :
-mise en place du joint annulaire 29 dans la rigole autour de l’extrémité aval de l’élément tubulaire,
-mise en place éventuelle du joint d’étanchéité au niveau du rebord de l’interface,
-introduction de l’élément tubulaire dans le conduit primaire 23,
-enfoncement du réceptacle 25 dans la cavité 22 de la culasse jusqu’au contact en appui du rebord 32 contre la paroi de fixation 20 de la culasse,
-mise en place du répartiteur d’admission d’air devant l’interface, la bouche aval dudit répartiteur est en regard du réceptacle 25,
-fixation du répartiteur contre la culasse, le trottoir de fixation 33 du répartiteur est alors en appui sur le rebord de la pièce d’interface 35.
Une fois montée, la pièce d’interface 25 permet de diriger le flux d’air d’admission issu du répartiteur 17 vers le conduit primaire 23 de la culasse. Le 5 joint annulaire 29 permet d’une part de garantir un non refoulement de l’air dans la cavité 22 de la culasse et d’autre part un amortissement des vibrations engendrées par le passage de l’air.
L’objectif est atteint : la pièce d’interface 35 permet d’obtenir une culasse 11 plus simple de fabrication et également plus légère.
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de cette prise, décrites ci-dessus à titre d'exemples, elle en embrasse au contraire toutes les variantes.

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS
    1. Circuit d’admission d’air (10) pour un moteur thermique, ledit circuit d’admission d’air étant destiné à être positionné entre un élément de compression d’air et au moins une partie supérieure de chambre de combustion (14) creusée dans une culasse (11) du moteur, ledit circuit d’admission d’air (10) comprenant la culasse (11 ), un répartiteur d’admission d’air (17), et au moins un conduit d’admission d’air (12), caractérisé en ce que le circuit comprend au moins un réceptacle (25) concave tourné vers l’extérieur du moteur, logé dans une cavité (22) de la culasse, et connecté avec un élément tubulaire (26) enfoncé dans le au-moins un conduit d’admission (12) d’air.
  2. 2. Circuit d’admission d’air (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réceptacle (25) est entouré par un rebord (32) radial destiné à venir en appui contre une paroi de fixation (20) de la culasse (11).
  3. 3. Circuit d’admission d’air (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l’élément tubulaire (26) connecté au réceptacle (25) est conique.
  4. 4. Circuit d’admission d’air (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le réceptacle (25) comporte une paroi déflectrice (31) pour diriger un flux d’air vers une ouverture (30) connectée avec l’élément tubulaire (26).
  5. 5. Circuit d’admission d’air (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la paroi de l’élément tubulaire (26) comporte un rigole annulaire en vis-à-vis avec le au-moins un conduit d’admission d’air destinée à accueillir un joint d’étanchéité (29).
  6. 6. Circuit d’admission d’air (10) selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le rebord radial (32) du réceptacle (25) comprend un élément d’étanchéité en vis-à-vis avec la paroi de fixation (20) de la culasse.
  7. 7. Circuit d’admission d’air (10) selon la revendication 6, caractérisé en ce que l’élément d’étanchéité est dans une liste comprenant une lèvre parcourant le contour du rebord, un joint d’étanchéité logé entre le rebord radial (32) et la paroi de fixation (20) de la culasse.
  8. 8. Circuit d’admission d’air (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le réceptacle (25) est en plastique.
    5
  9. 9. Circuit d’admission d’air (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le réceptacle (25) est distant de la paroi de la cavité (22) de la culasse.
  10. 10. Circuit d’admission d’air (10) selon l’une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que le réceptacle (25), le rebord radial
    10 (32) et l’élément tubulaire (26) sont d’une seule pièce.
  11. 11. Circuit d’admission d’air (10) selon l’une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que le répartiteur (17) comprend une bouche de sortie aval entourée radialement par un trottoir de fixation (33) destiné à venir en appui sur le rebord radial (32) du réceptacle et sur la paroi de fixation
  12. 15 (20) de la culasse.
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