FR3077092A1 - Circuit d’admission d’air optimisee d’un groupe motopropulseur de vehicule - Google Patents

Circuit d’admission d’air optimisee d’un groupe motopropulseur de vehicule Download PDF

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Abstract

L'invention se rapporte à un circuit d'admission (1, 100) d'air d'un groupe motopropulseur comprenant une culasse (9, 109) et un moteur (5, 105) à essence à injection directe, ledit moteur (5, 105) comprenant au moins une chambre (6, 106) de combustion, ledit circuit d'admission (1, 100) comportant un échangeur eau/air (3, 103) et un plenum (4, 104) possédant au moins un conduit (8, 108) destiné à alimenter en air ladite au moins une chambre (6, 106). La principale caractéristique d'un circuit d'admission (100) selon l'invention, est que le plenum (104) est réalisé en deux parties (111, 112), une première partie (111) comprenant chaque conduit (108) et un déflecteur (110) associé à chacun desdits conduits (108), et une deuxième partie (112) reliant ladite première partie (111) à l'échangeur (103), la première partie (111) et la deuxième partie (112) définissant un plan d'interface (120) qui est parallèle au déflecteur (110).

Description

CIRCUIT D'ADMISSION D'AIR OPTIMISEE D'UN GROUPE MOTOPROPULSEUR DE VEHICULE
L'invention se rapporte à un circuit d'admission d'air optimisé d'un groupe motopropulseur d'un véhicule.
Schématiquement, un groupe motopropulseur d'un véhicule, comprend un circuit d'admission d'air frais, un moteur doté de chambres de combustion et de pistons, et un circuit d'échappement apte à évacuer les gaz d'échappement issus desdites chambres. Le circuit d'admission comprend généralement un échangeur eau/air et un répartiteur composé de plusieurs conduits en parallèle, destinés chacun à acheminer de l'air frais dans une chambre de combustion dudit moteur. L'échangeur est placé en amont du répartiteur au sein de le circuit d'admission et permet de refroidir l'air avant que celui-ci ne pénètre dans les chambres du moteur.
Un circuit d'admission d'air selon l'invention est conçu de façon à alléger le groupe motopropulseur et à le rendre moins encombrant, tout en limitant les pertes de charge et en favorisant le « tumble » dans les chambres de combustion du moteur.
Pour rappel, le tumble est un mouvement aérodynamique des gaz en forme de rouleau à l'intérieur de la chambre de combustion. Les gaz d'admission sont injectés dans les cylindres et spécifiquement dans les chambres à combustion pour engendrer des tourbillons de type « rouleau » dans les moteurs à allumage commandé, permettant de réaliser, à l’aide d’une forme particulière de la tête du piston, une charge stratifiée de carburant dans la chambre de combustion. Pour ce faire, le jet de carburant est dévié perpendiculairement à l’axe du cylindre vers le point d’inflammation du mélange, à savoir la bougie d’allumage.
L'invention a pour objet un circuit d'admission d'air d'un groupe motopropulseur comprenant une culasse et un moteur à allumage commandé, ledit moteur comprenant au moins une chambre de combustion, ledit circuit d'admission comportant un répartiteur délimitant un plénum connecté à au moins un conduit d'admission sensiblement tubulaire et rectiligne destiné à alimenter en air ladite au moins une chambre.
Selon l'invention, le répartiteur est réalisé en deux parties, une première partie creusée dans la culasse et comprenant un déflecteur associé à chacun desdits conduits, et une deuxième partie externe et fixé de façon étanche à la culasse selon un plan d'interface qui est incliné par rapport à un plan horizontal de jonction de la culasse avec un carter-cylindres. De cette manière, par rapport aux configurations existantes, la première partie du plénum reste inchangée, seule la deuxième partie du plénum est délimitée par une paroi externe à la culasse, permettant de réduire sensiblement le poids de l'ensemble. Il suffit en effet pour la deuxième partie du plénum, de choisir un matériau plus léger et moins coûteux, que celui de la culasse, pour alléger la ligne d'admission d'air et donc le véhicule. Il est à noter que la deuxième partie du plénum peut, soit être une pièce indépendante fabriquée à part, soit constituer une extension d'un boitier logeant l'échangeur, et dans ce cas, le boitier et la deuxième partie constituent une seule et même pièce fabriquée lors d'une même opération. Le déflecteur est une paroi située en amont d'un conduit de la première partie du plénum, et la liaison entre la première partie et la deuxième partie définit un plan d'interface entre lesdites parties, qui est incliné par rapport au plan horizontal parallèle au plan de joint entre la culasse et le carter-cylindres. Une telle configuration entraine une diminution des pertes de charge et favorise le tumble dans les chambres de combustion.
De façon préférentielle, le déflecteur est incliné par rapport à un plan horizontal de jonction de la culasse avec le carter-cylindres dans le même sens que le plan d'interface.
Préférentiellement, le répartiteur est fixé à un échangeur s'étendant selon un axe parallèle à l'axe du au moins un conduit.
Avantageusement, la deuxième partie est un cadre présentant un bord supérieur allongé et un bord inférieur allongé reliés entre eux par deux bords latéraux de forme triangulaire, le bord supérieur étant fin et s'étendant le long d'une droite, et le bord inférieur étant étalé et s'étendant dans un plan de sorte que ladite deuxième partie délimite un noyau en forme de prisme. Préférentiellement, les deux bords latéraux sont situés aux extrémités du bord inférieur et aux extrémités du bord supérieur. De façon avantageuse, le bord supérieur et le bord inférieur s'étendent selon une direction sensiblement horizontale.
De façon préférentielle, le bord supérieur et le bord inférieur sont parallèles, la longueur du bord supérieur étant inférieure à celle du bord inférieur, si bien que les deux bords latéraux sont divergents l'un par rapport à l'autre. De cette manière, l'air en provenance de l'échangeur pourra être distribué de façon élargie grâce à la présence des deux bords latéraux divergents, dans les conduits les plus extrêmes du plénum. Les deux bords latéraux contribuent à évaser la sortie de l'air en provenance de l'échangeur, afin d'assurer une distribution élargie de l'air en sortie de ladite deuxième partie.
Préférentiellement, la deuxième partie présente une ouverture amont débouchant dans l'échangeur et une ouverture aval débouchant dans la première partie, lesdites deux ouvertures étant inclinées l'une par rapport à l'autre d'un angle inférieur à 45°.
De façon avantageuse, la deuxième partie présente une bride supérieure prenant naissance sur le bord supérieur et s'étendant le long de celui-ci, ladite bride supérieure constituant une extension dudit bord supérieur et permettant d'arrimer ladite deuxième partie à la culasse. Préférentiellement, cette bride supérieure possède des trous de façon à permettre le passage de vis de fixation. Cette bride permet de fixer la deuxième partie du plénum à la culasse tout en préservant la forme fonctionnelle de ladite deuxième partie. En effet, cette bride est un élément isolé de la deuxième partie, qui n'interfère pas avec le passage de l'air en provenance de l'échangeur.
Avantageusement, l'échangeur a une forme parallélépipédique, la bride supérieure d'étendant perpendiculairement à un axe d'extension dudit échangeur. De cette manière, une fois que la deuxième partie a été positionnée par rapport à l'échangeur, la bride saille dudit échangeur et permet ainsi une utilisation aisée d'un outil, comme par exemple une visseuse pour fixer les vis qui traversent ladite bride.
De façon préférentielle, selon un mode de réalisation, la deuxième partie présente une lèvre inférieure avec un bord biseauté coopérant avec une réglette profilée fixée à la culasse, ladite lèvre étant insérée entre la culasse et ladite réglette. Cette lèvre, en association avec la réglette, joue le rôle d'un dispositif de pré-positionnement de la deuxième partie sur la culasse.
Préférentiellement, la réglette est biseautée.
De façon préférentielle, la deuxième partie est réalisée en matière plastique. Le plastique possède une bonne tenue mécanique tout en demeurant léger.
L'invention a pour autre objet un procédé de montage d'un circuit d'admission d'air conforme à l'invention.
Selon l'invention, ledit procédé comprend les étapes suivantes :
> Une étape d'insertion de la lèvre de la deuxième partie entre la culasse et la réglette, afin de pré-positionner la deuxième partie par rapport à ladite culasse, > Une étape de pivotement de la deuxième partie autour de l'extrémité de la lèvre insérée entre la culasse et la réglette, de façon à amener la bride supérieure de ladite deuxième partie contre la culasse, > Une étape de fixation de la bride supérieure à la culasse,
Si l'échangeur et la deuxième partie du plénum sont deux pièces distinctes, un procédé de montage selon l'invention comprend une étape supplémentaire de liaison de l'échangeur avec la deuxième partie, ladite liaison étant réalisée de façon étanche. Cette liaison peut, par exemple, être réalisée par soudage ou par vissage.
Si l'échangeur et la deuxième partie constituent une même pièce, ledit échangeur est monté simultanément avec ladite deuxième pièce, lors des trois étapes principales précédentes.
Un circuit d'admission d'air selon l'invention présente l'avantage d'être compacte et de contribuer à alléger la masse du véhicule, tout en diminuant les pertes de charge et tout en assurant le tumble dans les chambres de combustion du moteur. Il a de plus l'avantage d'être obtenu grâce à des modifications mineures des circuits d'admission d'air existants, et peut donc être facilement mis en œuvre dans des véhicules existants.
On donne ci-après, une description détaillée d'un mode de réalisation préféré d'un circuit d'admission d'air selon l'invention, en se référant aux figures suivantes :
> La figure IA est une vue de côté d'un circuit d'admission d'air selon l'état de la technique, > La figure IB est une vue sous un autre angle du circuit d'admission d'air de la figure IA, > La figure 2 est une vue de côté d'un circuit d'admission d'air selon l'invention, > La figure 3 est une vue en perspective d'une deuxième partie de plénum et d'un échangeur d'un circuit d'admission d'air selon l'invention, > Les figures 4A, 4B et 4C sont trois vues de côté d'une deuxième partie de plénum et d'une culasse d'un circuit d'admission d'air selon l'invention, respectivement lors d'une première, d'une deuxième et d'une troisième étape de montage de ladite deuxième partie de plénum dans la culasse
En se référant aux figures IA et IB, un circuit d'admission d'air 1 selon l'état de la technique comprend schématiquement de l'amont vers l'aval, une arrivée d'air 2, un échangeur eau/air 3, et un répartiteur comportant un plénum 4 fixé à une culasse d'un moteur 5 à essence à injection directe et connecté à des conduits d'admission d'air ou de gaz débouchant dans des chambres à combustion. Lesdites chambres 6 de combustion sont associées chacune à un piston, l'injection d'essence s'effectuant directement dans chacune desdites chambres 6. Généralement, des soupapes d'admission 7 et des soupapes d'échappement 7 régulent le passage respectivement de l'air et des gaz d'échappement au travers des conduits d'admission vers lesdites chambres 6. Le plénum 4 est une pièce placée en aval de l'échangeur 3 et en amont du moteur 5, et qui est connecté à plusieurs conduits 8 disposés en parallèle, chaque conduit 8 étant destiné à alimenter chambre 6 de combustion du moteur 5 en air frais en provenance dudit échangeur 3. Il existe donc au moins autant de conduits 8 qu'il y a de chambres 6 de combustion dans le moteur 5. Généralement on a deux conduits d'admission 8 par chambre de combustion 6 afin de pouvoir générer un flux d'air tourbillonnant dans la chambre à combustion. L'échangeur eau/air 3 est fixé à une culasse 9 et le plénum 4 est en partie creusé dans ladite culasse 9. Un déflecteur 10 est placé en amont de chaque conduit 8, pour diriger l'écoulement de l'air dans lesdits conduits 8 et ainsi améliorer les conditions d'alimentation en air de chaque chambre 6.
Toutefois, cet arrangement de l'échangeur 3, du plénum 6 et de la culasse 9 n'est pas optimisé en termes de compactage et d'allègement.
Donc, en se référant à la figure 2, afin de réduire le compactage et la masse de l'arrangement de ces éléments, un circuit d'admission d'air 100 selon l'invention comprend un plénum 104 en deux parties 111, 112. Plus spécifiquement, le plénum 104 comprend une première partie 111 incluant les conduits 108 et correspondant approximativement à un plénum 4 existant, et une deuxième partie 112 venant s'insérer entre ladite première partie 111 et l'échangeur eau/air 103. Cette deuxième partie 112 peut constituer, soit une pièce autonome fabriquée à part, soit une extension de l'échangeur 103, et dans ce cas, ladite deuxième partie 112 et ledit échangeur 103 forment une pièce monobloc commune, fabriquée lors d'une même opération. Pour être plus précis, l'échangeur 103 est généralement logé dans un boitier, et la deuxième partie 112 du plénum peut constituer une extension de ce boitier. Cette deuxième partie 112 du plénum 104 est préférentiellement réalisée dans un matériau qui est plus léger que celui de la culasse 109. Ce matériau peut par exemple être du plastique. Pour la suite de la description, nous considérerons que la deuxième partie 112 est une pièce à part entière, ne faisant pas partie de l'échangeur 103.
En se référant aux figures 2 et 3, cette deuxième partie 112 du plénum 104 se présente sous la forme d'un cadre, comprenant un bord supérieur 113, un bord inférieur 114 et deux bords latéraux 115, 116 reliant ledit bord supérieur 113 et ledit bord inférieur 114. Le bord supérieur 113 et le bord inférieur 114 sont parallèles et s'étendent selon une direction sensiblement horizontale. Le bord supérieur 113 est allongé et fin, et s'étend le long d'une droite. Le bord inférieur 114 s'étend dans un plan et a une forme rectangulaire. Les deux bords latéraux 115, 116 ont chacun une forme triangulaire, et s'étendent du bord supérieur 113 vers le bord inférieur en s'élargissant progressivement. Ils relient le bord supérieur 113 au bord inférieur 114 au niveau des extrémités desdits bords 113, 114. La longueur du bord supérieur 113 étant inférieure à celle du bord inférieur 114, les deux bords latéraux 115, 116 sont divergents l'un par rapport à l'autre, en étant resserrés au niveau du bord supérieur 113 et en s'écartant progressivement l'un de l'autre lorsqu'ils rejoignent le bord inférieur 114. De cette manière, l'air frais en provenance de l'échangeur 103 peut être acheminé dans tous les conduits 108 du plénum 104, y compris dans ceux les plus écartés. Le noyau de cette deuxième partie 112 de plénum 104 a la forme d'un prisme. Cette deuxième partie 112 comporte deux ouvertures 117, 118 prenant naissance au niveau du bord supérieur 113 et s'étendant jusqu'au bord inférieur 114, en faisant entre elles un angle inférieur à 45°. Autrement dit, les deux ouvertures
117, 118 forment ainsi un coude autour dudit bord supérieur 113, dont l'amplitude angulaire n'excède pas 45°. L'une des deux ouvertures 117 est destinée à déboucher dans l'échangeur 103 et une autre ouverture 118 est destinée à déboucher dans la première partie 111 du plénum 103. Le bord inférieur 114 de ladite deuxième partie 112 peut être prolongé par une patte de fixation 140 ou par par une lèvre 121 s'étendant sur toute la longueur dudit bord inférieur 114, ladite lèvre 121 étant assimilable à une extension du bord inférieur 114.
Le bord supérieur 113 est prolongée par une bride supérieure 119 s'étendant le long dudit bord supérieur 113 sur la totalité de sa longueur. Cette bride supérieure 119 possède une pluralité de trous destinés au passage de vis, pour la fixation de la deuxième partie 112 du plénum 104 sur la culasse 109.
La lèvre 121 et la bride 119 constituent deux extrémités opposées de la deuxième partie 112 du plénum 103.
En se référant à la figure 2, la première partie 111 et la deuxième partie 112 du plénum 104 sont fixées l'une à l'autre de façon à présenter un plan d'interface 120 qui est sensiblement parallèle à un déflecteur 110 présent dans ladite première partie 111, en amont des conduits 108.
Le principe d'un circuit d'admission d'air 100 selon l'invention consiste à remplacer une partie de la culasse 109 par la deuxième partie 112 du plénum 104, permettant d'une part, de compacter tous les éléments afférents au circuit d'admission d'air 100, et d'alléger ledit circuit 100. Ces deux avantages sont obtenus au moyen d'un agencement judicieux et d'une géométrie particulière des principaux éléments constituant le circuit d'admission d'air 100, à savoir l'échangeur 103, le plénum 104 et la culasse 109. Cet agencement a également été conçu pour limiter les pertes de charge et favoriser le tumble dans les chambres de combustion 6, 106 du moteur 5, 105.
Un procédé de montage d'un circuit d'admission d'air 100 selon l'invention, comprend les principales étapes suivantes :
> Une étape de fixation d'une réglette 122 en forme de queue d'aronde à la culasse 109 > Une étape d'insertion de la lèvre 121 de la deuxième partie 112 entre la culasse 109 et ladite réglette 122, afin de pré-positionner ladite deuxième partie 112 par rapport à ladite culasse 109, > Une étape de pivotement de la deuxième partie 112 autour de l'extrémité de la lèvre 121 insérée entre la culasse 109 et la réglette 122, de façon à amener la bride supérieure 119 de ladite deuxième partie 112, au contact de la culasse 109, > Une étape de fixation de la deuxième partie 112 du plénum 104 sur la culasse 109, par vissage des vis traversant la bride supérieure 119 de ladite deuxième partie 112. Il est à noter que la bride supérieure 119 s'étend dans une direction qui est perpendiculaire à un axe suivant lequel s'étend l'échangeur 103. Cette bride supérieure 119 constitue donc une protubérance saillante, qui est facilement accessible par un outil, pouvant par exemple être une visseuse.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Circuit d'admission (1, 100) d'air d'un groupe motopropulseur comprenant une culasse (9, 109) et un moteur (5, 105) à allumage commandé, ledit moteur (5, 105) comprenant au moins une chambre (6, 106) de combustion, ledit circuit d'admission (1, 100) comportant un répartiteur délimitant un plénum (4, 104) connecté à au moins un conduit d'admission (8, 108) sensiblement tubulaire et rectiligne destiné à alimenter en air ladite au moins une chambre (6, 106), caractérisé en ce que le répartiteur est réalisé en deux parties (111, 112), une première partie (111) creusée dans la culasse et comprenant un déflecteur (110) associé à chacun desdits conduits (108), et une deuxième partie (112) externe et fixée de façon étanche à la culasse (9, 109) selon un plan d'interface (120) qui est incliné par rapport à un plan horizontal de jonction de la culasse (9, 109) avec un carter-cylindres.
  2. 2. Circuit d'admission d'air selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déflecteur (110) est incliné par rapport à un plan horizontal de jonction de la culasse (9, 109) avec le carter-cylindres dans le même sens que le plan d'interface (120).
  3. 3. Circuit d'admission d'air selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le répartiteur est fixé à un échangeur (3, 103) s'étendant selon un axe parallèle à l'axe du au moins un conduit (108).
  4. 4. Circuit d'admission d'air selon l'une des revendication 1 à 3, caractérisé en ce que la deuxième partie (112) est un cadre présentant un bord supérieur (113) allongé et un bord inférieur (114) allongé reliés entre eux par deux bords latéraux (115, 116) de forme triangulaire, et en ce que le bord supérieur (113) est fin et s'étend le long d'une droite, et le bord inférieur (114) est étalé et s'étend dans un plan, de sorte que ladite deuxième partie (112) délimite un noyau en forme de prisme.
  5. 5. Circuit d'admission d'air selon la revendication 4, caractérisé en ce que le bord supérieur (113) et le bord inférieur (114) sont parallèles, et en ce que la longueur du bord supérieur (113) est inférieure à celle du bord inférieur (114) si bien que les deux bords latéraux (115, 116) sont divergents l'un par rapport à l'autre.
  6. 6. Circuit d'amission d'air selon la revendication 3, caractérisé en ce que la deuxième partie (112) présente une ouverture amont (117) débouchant dans l'échangeur (103) et une ouverture aval (118) débouchant dans la première partie (111), et en ce que lesdites deux ouvertures (117, 118) sont inclinées l'une par rapport à l'autre d'un angle inférieur à 45°.
  7. 7. Circuit d'admission d'air selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la deuxième partie (112) présente une bride supérieure (119) prenant naissance sur le bord supérieur (119) et s'étendant le long de celui-ci, et en ce que ladite bride supérieure (119) constitue une extension dudit bord supérieur (113) et permet d'arrimer ladite deuxième partie (112) à la culasse (109).
  8. 8. Circuit d'admission d'air selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'échangeur (103) a une forme parallélépipédique et en ce que la bride supérieure (119) s'étend perpendiculairement à un axe d'extension dudit échangeur (103).
  9. 9. Circuit d'admission d'air selon l'une quelconque des revendications 1 à
    8, caractérisé en ce que la deuxième partie (112) présente une lèvre inférieure avec un bord biseauté coopérant avec une réglette (122) profilée fixée à la culasse (109), ladite lèvre (121) étant insérée entre la culasse (109) et ladite réglette (122).
  10. 10. Circuit d'admission d'air selon l'une quelconque des revendications 1 à
    9, caractérisé en ce que la deuxième partie (112) est réalisée matériau léger.
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