FR2890120A3 - Culasse de moteur a combustion interne comprenant une tete de cylindre adaptee a reduire les perturbations entre des flux de gaz dans le cylindre - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne une culasse d'un moteur à combustion interne comportant une tête (51) de cylindre (5), pourvue de deux conduits d'admission de gaz (10, 100), chaque conduit comportant à proximité de son embouchure un logement destiné à accueillir un siège d'une tête d'une soupape et au-delà de ce logement, suivant le sens d'écoulement du gaz, une paroi conique facilitant l'insertion du siège dans ledit logement.Selon l'invention, au moins un des deux conduits d'admission de gaz comporte au-delà de la paroi conique, dans le sens de l'écoulement du flux de gaz (40), une paroi de déviation (14) du flux de gaz conformée pour, en coopération avec la tête de la soupape, diminuer progressivement la section de passage de gaz depuis une zone arrière (AR) située à proximité de la paroi latérale (52) du cylindre jusqu'à une zone avant (AV) située du côté du centre du cylindre afin de forcer la sortie du flux de gaz par cette zone arrière.
Description
DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION
L'invention concerne une culasse d'un moteur à combustion interne.
Elle concerne plus particulièrement une culasse d'un moteur à combustion interne comportant une tête de cylindre pourvue de deux conduits d'admission de gaz, chaque conduit comportant à proximité de son embouchure un logement destiné à accueillir un siège d'une tête d'une soupape et au-delà de ce logement, suivant le sens d'écoulement du gaz, une paroi conique facilitant l'insertion du siège dans ledit logement.
L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans la 10 réalisation d'une culasse pour les moteurs à combustion interne diesel à injection directe.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
Les moteurs à combustion interne diesel équipés d'un système à injection directe de carburant dans la chambre de combustion, nécessitent d'avoir un mouvement de rotation du gaz d'admission autour de l'axe de cylindre, appelé swirl, pour favoriser le mélange du carburant injecté et de l'air admis dans la chambre de combustion.
Généralement, la culasse du moteur à combustion interne comprend plusieurs cylindres et chaque cylindre comprend deux conduits d'admission et deux conduits d'échappement débouchant dans la chambre de combustion.
Chaque conduit d'admission comprend, à son embouchure dans la tête de cylindre, un logement pour un siège de tête de soupape, ainsi qu'une ouverture conique appelée cône d'insertion de siège pour permettre le centrage du siège de la tête de soupape lors de son montage dans son logement.
Pour les moteurs à combustion interne à essence, le mouvement de rotation du gaz d'admission est obtenu en donnant des formes particulières au premier conduit, appelé conduit de swirl, et en dirigeant le flux de gaz de ce premier conduit d'admission tangentiellement à la paroi latérale circulaire du cylindre pour favoriser le mouvement rotatif de ce flux de gaz.
Le deuxième conduit d'admission est principalement destiné à conduire un flux de gaz de débit important. Le débit de ce flux de gaz dépend directement de la perméabilité de ce deuxième conduit, c'est-à-dire de la facilité avec laquelle ce deuxième conduit laisse passer le flux de gaz. Ce deuxième conduit est appelé conduit de perméabilité.
Le swirl et la perméabilité varient à l'inverse l'un de l'autre. Il convient alors de trouver le meilleur compromis.
Les soupapes d'admission qui coopèrent avec les extrémités débouchantes des conduits d'admission peuvent être agencées de différentes façons dans le plan de la face inférieure de la tête de cylindre. Chaque agencement définit un motif auquel est associé un angle. Cet angle est l'angle existant entre la droite passant par le centre des deux soupapes d'admission et l'axe de la culasse passant par les centres des têtes des cylindres.
Afin de réduire le volume de la culasse et d'améliorer son refroidissement, on utilise généralement un angle de motif inférieur à 90 . Cependant, on observe que plus l'angle de motif est petit, plus l'écoulement tourbillonnaire du flux de gaz issu du conduit de swirl est perturbé par l'écoulement de flux de gaz du conduit de perméabilité, ce dernier se dispersant dans tout le cylindre.
II résulte de ces perturbations que le mélange entre les flux de gaz admis et le carburant injecté dans la chambre de combustion est dégradé.
OBJET DE L'INVENTION La présente invention propose une nouvelle culasse comprenant un cylindre dont la tête est adaptée pour réduire les perturbations entre l'écoulement du flux de gaz du conduit de perméabilité et l'écoulement tourbillonnaire du flux de gaz du conduit de swirl.
À cet effet, on propose selon l'invention, une culasse d'un moteur à combustion interne comportant une tête de cylindre pourvue de deux conduits d'admission de gaz, chaque conduit comportant à proximité de son embouchure un logement destiné à accueillir un siège d'une tête d'une soupape et au-delà de ce logement suivant le sens d'écoulement du gaz, une paroi conique facilitant l'insertion du siège dans ledit logement, dans laquelle au moins un des deux conduits comporte au-delà de la paroi conique dans le sens de l'écoulement du flux de gaz une paroi de déviation du flux de gaz conformée pour, en coopération avec la tête de la soupape, diminuer progressivement la section de passage de gaz depuis une zone arrière située à proximité de la paroi latérale du cylindre jusqu'à une zone avant située du côté du centre du cylindre afin de forcer la sortie du flux de gaz par cette zone arrière.
Préférentiellement, ledit conduit comportant la paroi de déviation est un conduit de perméabilité pour alimenter en gaz ledit cylindre, l'autre conduit étant un conduit de swirl pour distribuer dans le cylindre un flux de gaz de mouvement tourbillonnaire.
Grâce à l'invention, le flux de gaz du conduit de perméabilité est dirigé par la paroi de déviation vers la partie de la paroi latérale du cylindre à proximité de la tête de la soupape, c'est-à-dire à proximité de l'ouverture débouchante du conduit de perméabilité correspondant. Le flux de gaz est alors orienté sensiblement dans un plan perpendiculaire à cette partie de la paroi latérale et sensiblement vers le fond du cylindre de sorte que ladite paroi latérale du cylindre guide le flux de gaz selon la direction de l'axe du cylindre.
Ainsi, le flux de gaz en sortie du conduit de perméabilité s'écoule de manière privilégiée vers la partie de la paroi la plus proche de la soupape et les perturbations avec le flux de gaz du conduit de swirl sont alors réduites.
Un autre but de la présente invention est de diminuer le mouvement tourbillonnaire du flux de gaz du conduit de swirl.
À cet effet, ledit conduit comportant la paroi de déviation est le conduit de swirl. Une partie du flux de gaz du conduit de swirl est alors rabattue vers l'arrière de la soupape correspondante, à proximité de et sensiblement perpendiculairement à la partie de la paroi latérale du cylindre la plus proche de l'ouverture débouchante du conduit de swirl. Le flux de gaz du conduit de swirl ne bénéficie pas de la paroi latérale circulaire et son mouvement tourbillonnaire est alors diminué.
D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de la culasse selon l'invention sont les suivantes - les deux conduits comportent, audelà de la paroi conique, ladite paroi de déviation du flux de gaz; ladite paroi de déviation forme un décroché avec ladite paroi conique; ladite paroi de déviation est une paroi cylindrique d'axe parallèle à l'axe 30 de la soupape; - l'axe du cylindre faisant un angle non nul avec l'axe de la soupape, la paroi de déviation est tronquée à son embouchure dans le cylindre suivant un plan sensiblement transversal à l'axe du cylindre; - ledit plan de troncature de la paroi de déviation est le plan de la face inférieure du cylindre, appelée face-feu, passant par un point situé à la base du cône formé par la paroi conique; - les deux conduits d'admission définissent un motif d'angle inférieur à 60 ; et -la paroi de déviation est obtenue par usinage.
DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION
La description qui va suivre en regard des dessins annexés d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi 10 consiste l'invention et comment elle peut être réalisée.
Dans les dessins annexés: la figure 1 est une vue de dessus de la partie inférieure de la tête d'un des cylindres de la culasse selon l'invention avec les conduits d'admission correspondant; - la figure 2 est une vue en coupe selon l'axe du cylindre d'une partie de la tête de cylindre de la culasse selon l'invention présentant un conduit de perméabilité et sa soupape d'admission; la figure 3 est une vue en trois dimensions de l'embouchure du conduit de perméabilité de la figure 2 au niveau de la partie inférieure de la tête de 20 cylindre de la culasse selon l'invention.
On a représenté sur les figures 1 et 2, une partie d'un cylindre 5 d'une culasse 4 d'un moteur à combustion interne. Ce cylindre 5 comporte une tête 51 et une paroi latérale 52. Un piston (non représenté) coulisse dans le cylindre 5 le long de sa paroi latérale 52. Ce piston délimite avec la partie inférieure 51A de la tête 51 du cylindre 5 une chambre de combustion 6. Cette partie inférieure de la tête 51 du cylindre 5 est communément appelée face-feu 51A et définit le toit de la chambre de combustion 6.
La tête 51 de cylindre 5 accueille deux conduits d'admission 10, 100, un conduit de swirl 100 et un conduit de perméabilité 10, et deux conduits d'échappement (non représentés) correspondant qui débouchent dans la chambre de combustion 6 par la face-feu 51A de la tête 51 du cylindre 5. De même que pour le conduit de swirl 100, le conduit de perméabilité 10 coopère avec une soupape 20, comportant une tête 22 et un corps 21, pour alimenter la chambre de combustion 6 en gaz, par exemple de l'air. Un flux de gaz 40, 400 est aspiré dans la chambre de combustion 6 par la descente du piston pendant la phase d'ouverture des soupapes d'admission.
Ici, les conduits de swirl 100 et de perméabilité 10 sont agencés de sorte que leur ouverture débouchante (ou encore les têtes des soupapes correspondant) dans la chambre de combustion 6 dessinent dans le plan de la face-feu 51A de la tête 51 du cylindre 5 un motif à 0 , c'est-à-dire que l'axe passant par les centres des têtes des soupapes est parallèle à l'axe de la culasse.
Comme représenté sur la figure 2 et de même que pour le conduit de swirl 100, le conduit de perméabilité 10 comporte à proximité de son embouchure un logement 12 destiné à accueillir un siège 23 pour la tête 22 de la soupape 20. Ce siège 23 est une pièce de forme annulaire. En position de fermeture, la tête 22 de soupape 20 appui sur ce siège 23 et assure l'étanchéité du conduit de perméabilité 10.
En outre, au-delà de ce logement 12, suivant le sens d'écoulement du gaz, le conduit de perméabilité 10, comme le conduit de swirl 100, comprend une paroi conique 13 facilitant l'insertion du siège 23 dans ledit logement 12. La paroi conique 13 forme un entonnoir raccordé au logement 12 et permet d'insérer le siège 23 en centrant ce siège 23 par rapport au logement 12 pour éviter que le siège 23 ne se présente de travers par rapport à ce logement 12.
De même que les autres soupapes (non représentées), la soupape d'admission 20 possède un corps 21 présentant un axe incliné de quelques degrés par rapport à l'axe A5 du cylindre 5. Il en résulte que la soupape 20 d'admission du conduit de perméabilité 10 et la soupape d'échappement (non représentée) du conduit d'échappement correspondant (non représenté) qui lui fait face sont disposées de sorte que leur axe forment un V, avec pour axe de symétrie l'axe A5 du cylindre 5.
Précisément et de manière connue en soi, le cône d'insertion de siège du conduit de swirl 100 constitue l'extrémité du conduit de swirl 100 qui débouche directement dans la chambre de combustion 6. En position d'ouverture de la soupape d'admission du conduit de swirl 100, le cône d'insertion de siège ménage en coopération avec la tête de la soupape une section de passage privilégié pour le flux de gaz selon une direction tangente à la paroi latérale 52 du cylindre 5.
En outre, la géométrie du conduit de swirl 100 est réalisée de sorte que le flux de gaz 400 issu du conduit de swirl 100 s'appuie sur la paroi latérale 52 circulaire du cylindre 5 pour obtenir un mouvement de rotation de type hélicoïdal autour de l'axe A5 du cylindre 5 (voir figure 1).
Avantageusement, le conduit de perméabilité 10 comporte au-delà de la paroi conique 13, dans le sens de l'écoulement du flux de gaz 40, une paroi de déviation 14 du flux de gaz 40, conformée pour, en coopération avec la tête 22 de la soupape 20, diminuer progressivement la section de passage de gaz depuis une zone arrière AR située à proximité de la paroi latérale cylindrique 52 du cylindre 5 jusqu'à une zone avant AV située du côté du centre du cylindre 5 afin de forcer la sortie du flux de gaz 40 par cette zone arrière AR. Ainsi le flux de gaz 40 en amont du conduit de perméabilité 10 est dévié en un flux de gaz 41 vers l'arrière AR de la tête 22 de la soupape 20 (figure 2).
Ladite paroi de déviation 14 forme un décroché avec ladite paroi conique 13. La figure 3 permet de bien visualiser en trois dimensions la forme de la paroi de déviation 14 raccordée à la paroi conique 13 d'insertion du siège 23 de soupape 20. Ladite paroi de déviation 14 est une paroi cylindrique d'axe parallèle à l'axe A2 de la soupape 20. En particulier, ici, l'axe A5 du cylindre 5 faisant un angle non nul avec l'axe A2 de la soupape 20, la paroi de déviation 14 est tronquée à son embouchure dans le cylindre 5 suivant un plan sensiblement transversal à l'axe A5 du cylindre 5. Le plan de troncature de la paroi de déviation 14 est le plan de la face-feu 51A de la tête 51 du cylindre 5. Ainsi le flux de gaz est dirigé en sortie du conduit de perméabilité 10 principalement suivant la partie arrière AR de son embouchure, ladite embouchure comprenant la paroi conique 13 et la paroi de déviation 14, vers la paroi latérale 52 du cylindre 5 qui redirige le flux de gaz 41 vers le fond du cylindre 5.
Comme représenté sur la figure 2, la paroi de déviation 14 s'étend sur tout le contour de la base de la paroi conique 13 formant ainsi un décroché de faible hauteur sur la partie arrière AR de l'embouchure du conduit de perméabilité 10. Cependant, on peut prévoir de réaliser la culasse 4 selon l'invention de sorte que le plan de troncature de la paroi de déviation est le plan passant par un point à la base du cône formé par la paroi conique 13. Ce point est un point de jonction entre la paroi de déviation 14 et la paroi conique 13.
Ainsi, alors que le flux de gaz 400 du conduit de swirl 100 est guidé par une partie 53 de la paroi latérale 52 circulaire du cylindre 5 et acquiert son mouvement de rotation, le flux de gaz 41 du conduit de perméabilité 10 ne se disperse pas dans le cylindre 5, mais est dévié vers la partie de la paroi latérale 52 à proximité de la tête 22 de soupape 20. Le flux de gaz dévié s'écoule alors sensiblement dans un plan perpendiculaire à cette partie de la paroi latérale 52 en étant guidé par cette partie de la paroi latérale 52 vers le fond du cylindre 5, sensiblement selon l'axe du cylindre 5. Les flux ne rentrent donc pas en conflit.
La paroi de déviation 14 est obtenue par usinage de la tête 51 de cylindre 5. Comme représenté sur la figure 2, le cône d'insertion de siège 23 conserve une hauteur X suffisante, entre 0, 1 et 3 mm, pour assurer sa fonction de centrage du siège 23 de la tête 22 de soupape 20 dans son logement 12. La hauteur X de la paroi conique 13 du conduit de perméabilité 10 est ajustée en fonction du niveau de swirl souhaité. En effet, plus la hauteur X diminue plus le niveau de swirl augmente puisque alors la section de passage du flux de gaz située à l'avant AV de la tête 22 soupape 20 est fortement réduite. Les perturbations induites par le flux de gaz 41 du conduit de perméabilité 10 sur le flux de gaz 400 du conduit de swirl 100 sont alors très réduites (voir figure 1).
La présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit.
En variante, on peut prévoir que le plan de troncature, qui est le plan de la face inférieure de la tête du cylindre, traverse la partie arrière de la paroi conique, c'est-à-dire que le plan de troncature passe au- dessus de la base de la paroi conique. Une telle configuration géométrique laisse alors ouverte une certaine section de passage vers l'avant de la soupape dont la taille dépend de la hauteur de la paroi conique sur sa partie avant.
Le mode de réalisation est décrit ci-dessus pour un motif des têtes de soupapes d'admission (ou encore des conduits d'admission) à 0 . La culasse selon l'invention est particulièrement avantageuse lorsque les conduits d'admission présentent un angle de motif inférieur à 60 . En effet, pour un tel angle, les conduits d'admission sont disposés de sorte qu'il est effet généralement difficile de trouver un bon compromis entre un niveau de swirl important et une bonne perméabilité.
Selon une variante de l'invention, pour diminuer le mouvement tourbillonnaire du flux de gaz du conduit de swirl, il est prévu que le conduit de swirl comporte une paroi de déviation selon l'invention. Une partie du flux de gaz du conduit de swirl est alors rabattue vers l'arrière de la soupape, à proximité de et sensiblement perpendiculairement à la partie de la paroi latérale du cylindre la plus proche de l'ouverture débouchante du conduit de swirl. Le flux des gaz du conduit de swirl ne bénéficie pas alors de la paroi latérale circulaire et son mouvement tourbillonnaire est alors diminué.
On peut aussi prévoir que le conduit de swirl et le conduit de perméabilité comportent au-delà de la paroi conique la paroi de déviation du flux de gaz selon l'invention.
Enfin, en variante, un chanfrein d'orientation du flux de gaz tel que décrit dans le document EP1411222 peut être utilisé conjointement avec la portion de déviation selon l'invention, aussi bien sur le conduit de swirl que sur le conduit de perméabilité, pour orienter différemment le flux de gaz à l'embouchure des conduits d'admission débouchant dans la chambre de combustion, par exemple sur les côtés latéraux des têtes de soupape.
Claims (9)
1. Culasse (4) d'un moteur à combustion interne comportant une tête (51) de cylindre (5), pourvue de deux conduits (10, 100) d'admission de gaz, chaque conduit (10, 100) comportant à proximité de son embouchure un logement (12) destiné à accueillir un siège (23) d'une tête (22) d'une soupape (20) et au-delà de ce logement (12), suivant le sens d'écoulement du gaz, une paroi conique (13) facilitant l'insertion du siège (23) dans ledit logement (12), caractérisée en ce que chacun des deux conduits (10) d'admission de gaz comporte au-delà de la paroi conique (13), dans le sens de l'écoulement du flux de gaz (40), une paroi de déviation (14) du flux de gaz (40) conformée pour, en coopération avec la tête (22) de la soupape (20), diminuer progressivement la section de passage de gaz depuis une zone arrière (AR) située à proximité de la paroi latérale (52) du cylindre (5) jusqu'à une zone avant (AV) située du côté du centre du cylindre (5) afin de forcer la sortie du flux de gaz (40) par ladite zone arrière (AR).
2. Culasse (4) selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu' au moins un desdits conduits est un conduit de perméabilité (10) pour alimenter en gaz ledit cylindre (5).
3. Culasse (4) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins un desdits conduits est un conduit de swirl (100) pour distribuer dans le cylindre (5) un flux de gaz (400) de mouvement tourbillonnaire.
4. Culasse (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite paroi de déviation (14) forme un décroché avec ladite paroi conique (13).
5. Culasse (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite paroi de déviation (14) est une paroi cylindrique d'axe parallèle à l'axe (A2) de la soupape (20).
6. Culasse (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que, l'axe (A5) du cylindre (5) faisant un angle non nul avec l'axe (A2) de la soupape (20), la paroi de déviation (14) est tronquée à son embouchure dans le cylindre (5) suivant un plan sensiblement transversal à l'axe (A5) du cylindre (5).
7. Culasse (4) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ledit plan de troncature de la paroi de déviation est le plan de la face inférieure de la tête (51) du cylindre (5), appelée face-feu (51A), passant par un point situé à la base du cône formé par la paroi conique (13).
8. Culasse (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les deux conduits d'admission (10, 100) définissent un motif d'angle 5 inférieur à 60 .
9. Culasse (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la paroi de déviation (14) est obtenue par usinage.
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