[0001] L'invention a trait au domaine de l'automobile, et plus précisément aux moteurs à
combustion interne des véhicules automobiles.
[0002] Un moteur à combustion interne comprend classiquement un bloc-cylindres muni d'au
moins un cylindre comprenant une chemise dans laquelle un piston, de forme complémentaire
à la chemise, est mobile suivant un mouvement de translation, le long d'un bord de
la chemise. Le piston oscille dans le cylindre entre une position extrême dite de
point mort haut (PMH) et une position extrême dite de point mort bas (PMB). Une culasse,
solidaire du cylindre, forme, avec la chemise et le piston, une chambre de combustion.
[0003] La chambre est alimentée, lors de chaque cycle (cycle à quatre temps défini par deux
oscillations complètes du piston ou cycle à deux temps défini par une oscillation
complète du piston), par un mélange comprenant de l'air et du carburant (mélange air/carburant).
[0004] Chaque cycle comprend notamment une phase "d'injection" du mélange air/carburant,
dans la chambre de combustion, par une tubulure d'admission, en amont d'une phase
"d'échappement" de la chambre de combustion, par une tubulure d'échappement, des gaz
résultant d'une combustion du mélange air/carburant.
[0005] Afin d'optimiser les performances du moteur, tant en termes de puissance qu'en termes
de consommation, les connexions entre chaque tubulure et la chambre de combustion
sont contrôlées. Ainsi, la culasse comprend une soupape d'admission apte à obturer
de façon étanche la tubulure d'admission et une soupape d'échappement apte à obturer
de façon étanche la tubulure d'échappement.
[0006] Le document
DE 100 09 299 décrit un moteur à combustion interne comprenant une culasse munie d'actionneurs
électromagnétiques aptes à contrôler une ouverture ou une fermeture des soupapes.
Les actionneurs électromagnétiques sont disposés dans un bac fermé par un couvercle.
L'actionneur électromagnétique comprend une armature solidaire de la culasse, définissant
un circuit magnétique et englobant un équipage mobile solidaire de la soupape. Le
couvre-culasse comprend des ailettes permettant de refroidir par air les actionneurs
électromagnétiques.
[0007] Une telle culasse permet effectivement de contrôler l'ouverture ou la fermeture des
soupapes. Cependant, le refroidissement par air des actionneurs électromagnétiques
n'est pas apte à refroidir suffisamment les actionneurs pouvant effectuer jusqu'à
3000 mouvements par minute. De plus, une telle disposition des éléments ne permet
pas une compacité optimale du moteur.
[0008] Un premier objectif est de proposer une culasse comprenant un actionneur électromagnétique
refroidi de manière hydraulique.
[0009] Un deuxième objectif est de proposer un procédé d'assemblage de la culasse.
[0010] Un troisième objectif est de proposer un moteur à combustion interne comprenant une
telle culasse.
[0011] A cet effet, il est proposé, en premier lieu, une culasse d'un moteur à combustion
interne, comprenant :
- une partie basse ;
- au moins un bac surmontant la partie basse ;
- au moins un actionneur électromagnétique disposé dans le bac, muni :
- d'une armature définissant un circuit magnétique,
- d'un équipage mobile incluant :
o une carcasse, et
o au moins une bobine ;
- une rampe électrique apte à alimenter la bobine ;
- une soupape munie d'une queue traversant la partie basse pour déboucher dans le bac
et solidaire de la carcasse ;
le bac comprenant une ouverture d'entrée fluidique, une ouverture de sortie fluidique
et un circuit hydraulique qui relie l'ouverture d'entrée fluidique et l'ouverture
de sortie fluidique.
[0012] La culasse, apte à augmenter la compacité du moteur à combustion interne, permet
d'optimiser le refroidissement le l'actionneur électromagnétique.
[0013] Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison
:
- le circuit hydraulique comprend au moins un tuyau et une pompe ;
- la culasse comprend au moins un couvercle apte à fermer le bac.
[0014] Il est proposé, en deuxième lieu, un moteur à combustion interne comprenant un circuit
de lubrification, caractérisé en ce qu'il comprend une culasse de l'invention dont
le circuit hydraulique est relié au circuit de lubrification du moteur à combustion
interne.
[0015] Il est proposé, en troisième lieu, un véhicule automobile comprenant un tel moteur
à combustion interne.
[0016] Il est proposé, en quatrième lieu, un procédé d'assemblage d'une culasse telle que
présentée ci-dessus, ce procédé comprenant les opérations consistant à :
- introduire la queue de soupape dans la partie basse ;
- poser au moins un joint inférieur sur la partie basse de telle sorte que la queue
de soupape traverse le joint inférieur ;
- fixer le bac sur la partie basse, le joint inférieur assurant l'étanchéité entre la
partie basse, le bac et la soupape ;
- fixer la carcasse de l'équipage mobile à la rampe électrique ;
- fixer l'équipage mobile à la queue de soupape ;
- positionner l'armature dans le bac de manière à englober la carcasse ;
- relier l'ouverture d'entrée fluidique et l'ouverture de sortie fluidique au circuit
hydraulique.
[0017] Selon diverses réalisations, le procédé présente les caractères suivants, le cas
échéant combinés :
- le procédé comprend une opération consistant à fixer un capteur de position de l'équipage
mobile, cette opération étant réalisée avant la fixation de la carcasse de l'équipage
mobile à la rampe électrique ;
- le procédé comprend une opération consistant à engager un ressort sur la queue de
soupape, cette opération étant réalisée avant la fixation de l'équipage mobile à la
queue de soupape ;
- le procédé comprend une opération consistant à engager un joint conique sur la queue
de soupape, cette opération étant réalisée avant d'engager la carcasse sur la queue
de soupape ;
- le positionnement de l'armature dans le bac est réalisé après fixation de l'armature
sur le couvercle.
[0018] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement
et de manière concrète à la lecture de la description ci-après de modes de réalisation,
laquelle est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un véhicule automobile comprenant
un moteur à combustion interne ;
- la figure 2 est une vue schématique en coupe d'une rangée d'une culasse du moteur
à combustion interne ;
- la figure 3 est une vue schématique en perspective d'une portion de la culasse pendant
une première phase d'assemblage de la culasse ;
- la figure 4 est une vue schématique en perspective de la portion de la culasse pendant
une deuxième phase d'assemblage de la culasse ;
- la figure 5 est une vue schématique en perspective de la rangée de la culasse pendant
une troisième phase d'assemblage de la culasse ;
- la figure 6 est une vue schématique en perspective de la culasse une fois assemblée.
[0019] Sur la figure 1 est représenté un véhicule
1 automobile comprenant un moteur
2 à combustion interne.
[0020] Le moteur
2 comprend un bloc-cylindres
3 surmonté d'une culasse
4 munie d'une partie
5 basse apte à fermer le bloc-cylindres
3 de manière étanche.
[0021] Pour plus de clarté, le bloc-cylindres
3 n'est pas représenté sur les figures 2 à 6.
[0022] Comme représenté sur la figure 6, la culasse
4 est sensiblement symétrique suivant un plan
P définissant deux rangées
6 identiques.
[0023] Chaque rangée
6 de la culasse
4 peut être subdivisée en trois portions
7 sensiblement identiques.
[0024] La partie
5 basse de la culasse
4 comprend quatre trous
8 de fixation.
[0025] Chaque portion
7 comprend deux trous
9 de passage communiquant avec une tubulure
10. Les tubulures
10 comprennent chacune deux logements
11 sensiblement centrés avec les trous
9 de passage.
[0026] Chaque portion
7 de la culasse
4 comprend deux soupapes
12 munies chacune d'une queue
13 de forme complémentaire à la forme du trou
9 de passage, mobile suivant un mouvement de translation dans le trou
9 de passage. La soupape
12 comprend, en un bout
14 conique, un filetage
15. La soupape
12 comprend une tête
16 apte à se loger dans les logements
11 et obturer les tubulures
10.
[0027] Chaque rangée
6 de la culasse
4 comprend un joint
17 inférieur muni de quatre orifices
18 de fixation.
[0028] Chaque portion
7 du joint
17 inférieur comprend deux orifices
19 de passage, de forme complémentaire à la forme de la queue
13 de soupape
12, aptes à être engagés sur les queues
13 des soupapes
12.
[0029] Selon des modes de réalisation non représentés, les joints
17 inférieurs de chaque rangée
6 peuvent être unifiés en un unique joint
17 inférieur ou divisés en de multiples joints
17 inférieurs (par exemple, un joint
17 inférieur par queue
13 de soupape
12).
[0030] Chaque rangée
6 de la culasse
4 comprend un bac
20.
[0031] Chaque portion
7 du bac
20 est munie de deux ouvertures
21 de passage, aptes à être engagées sur les queues
13 des soupapes
12 et est munie de deux plots
22 s'étendant dans une direction sensiblement parallèle à la direction des ouvertures
21 de passage.
[0032] Le bac
20 comprend quatre ouvertures
23 de fixation, quatre attaches
24 primaires et trois attaches
25 secondaires venues de matière avec le bac
20. Le bac
20 comprend également une ouverture
26 d'entrée fluidique et une ouverture
27 de sortie fluidique.
[0033] Selon des modes de réalisation non représentés, les bacs
20, de chaque rangée
6, peuvent être unifiés en un bac
20 unique.
[0034] Chaque portion
7 de la culasse
4 est liée à un actionneur
28 électromagnétique comprenant une armature
29 définissant un circuit magnétique, deux équipages
30 mobiles et deux ressorts
31.
[0035] L'armature
29 comprend un aimant
32 muni de deux perçages
33 fluidiques. L'armature
29 comprend une pièce
34 polaire supérieure et une pièce
35 polaire inférieure, ferromagnétiques, entre lesquelles l'aimant
32 est pris en sandwich. L'aimant
32, la pièce
34 polaire supérieure et la pièce
35 polaire inférieure sont collés entre eux. L'armature
29 comprend deux noyaux
36 ferromagnétiques de forme sensiblement cylindrique définissant, avec la pièce
34 polaire supérieure et la pièce
35 polaire inférieure, un entrefer
37. Les noyaux
36 sont reliés par un chapeau
38 collé aux noyaux
36. La pièce
34 polaire supérieure et le chapeau
38 comprennent chacun deux perçages
39 d'accrochage.
[0036] L'équipage
30 mobile comprend une carcasse
40 de forme sensiblement complémentaire à la forme de l'entrefer
37, dont une extrémité
41 fermée est munie d'un perçage
42 de passage secondaire en son centre et de quatre perçages
43 de guidage secondaires, de forme sensiblement complémentaire à la forme des plots
22 du bac
20. La carcasse
40 est mobile suivant un mouvement de translation dans l'entrefer
37. La carcasse
40 comprend également deux bobines
44.
[0037] L'équipage
30 mobile comprend également un disque
45 de centrage, muni de quatre perçages
46 de guidage primaires, de forme sensiblement complémentaire à la forme des plots
22. Le disque
45 de centrage comprend une protubérance
47 de centrage, de forme sensiblement complémentaire à la forme du perçage
42 de passage secondaire. Le disque
45 de centrage comprend, en son centre, un perçage
48 de passage primaire, de forme sensiblement complémentaire à la forme de la queue
13 de soupape
12.
[0038] L'équipage
30 mobile comprend un joint
49 conique et un disque
50 de fixation muni de quatre perçages
51 de guidage tertiaires, de forme sensiblement complémentaire à la forme des plots
22. Le disque
50 de fixation comprend, en son centre, un perçage
52 de passage tertiaire, de forme sensiblement complémentaire à la forme de la queue
13 de soupape
12.
[0039] Chaque rangée
6 de la culasse
4 comprend une rampe
53 électrique, munie de trois lumières
54 aptes à être alignées avec les attaches
25 secondaires du bac
20.
[0040] Chaque portion
7 de la rampe
53 électrique comprend également deux fixations
55 primaires et deux fixations
56 secondaires.
[0041] La rampe
53 électrique comprend un fil
57 électrique, apte à faire la liaison entre la rampe
53 électrique et un calculateur, non représenté sur les figures.
[0042] Chaque portion
7 de la culasse
4 comprend deux capteurs
58 de position, comprenant chacun une partie
59 mobile aptes à être solidaire d'une carcasse
40 et une partie
60 fixe apte à être solidaire d'une fixation
55 primaire de la rampe
53 électrique.
[0043] Chaque portion 7 de la culasse
4 comprend deux connecteurs
61, aptes à être chacun relié à une carcasse
40 et à une fixation
56 secondaire de la rampe
53 électrique.
[0044] Chaque rangée
6 de la culasse
4 comprend un joint
62 supérieur et un couvercle
63 de forme complémentaire au bac
20. Le joint
62 supérieur comprend quatre orifices
64 primaires, aptes à être alignées avec les attaches
24 primaires du bac
20. Le couvercle
63 comprend quatre ouvertures
65 primaires, aptes à être alignées avec les orifices
64 primaires.
[0045] Chaque portion
7 du couvercle
63 comprend quatre ouvertures
66 d'accrochage, aptes à être alignées avec les perçages
39 d'accrochage de l'armature
29 de chaque portion
7 de la culasse
4. Le couvercle
63 comprend une ouverture
67 d'alimentation.
[0046] Selon des modes de réalisation non représentés, les couvercles
63, de chaque rangée
6, peuvent être unifiés en un couvercle
63 unique.
[0047] Un procédé d'assemblage, illustré sur les figures 3 à 5, est identique pour chacune
des portions
7 et pour chacune des rangées
6.
[0048] Les trois portions
7 d'une même rangée
6 sont assemblées en même temps. Les deux rangées
6 de la culasse
4 peuvent être assemblées en même temps ou l'une après l'autre.
[0049] Comme représenté sur la figure 3, suivant le procédé d'assemblage de la culasse
4, les queues
13 de soupapes
12 sont introduites dans les trous
9 de passage de la partie
5 basse. Les soupapes
12 sont maintenues en position à l'aide d'un outil de maintien, non représenté.
[0050] Le joint
17 inférieur est posé sur la partie
5 basse, de telle sorte que les queues
13 de soupapes
12 soient introduites dans les orifices
19 de passage du joint
17 inférieur.
[0051] Le bac
20 est centré sur les soupapes
12, de telle sorte que les queues
13 traversent les ouvertures
21 de passage du bac
20.
[0052] Le bac
20 est fixé sur la partie
5 basse, par le biais de quatre goujons
68 traversant les ouvertures
23 de fixation, les orifices
18 de fixation du joint
17 inférieur et les trous
7 de fixation de la partie
5 basse.
[0053] Le joint
17 inférieur permet ainsi d'étanchéifier, les uns par rapport aux autres, la partie
5 basse, les soupapes
12, le bac
20 et les goujons
68 de la culasse
4.
[0054] Selon un mode de réalisation représenté sur la figure 6, les goujons
68 sont aptes à fixer la culasse
4 sur le bloc-cylindres
3.
[0055] Selon un mode de réalisation non représenté, les goujons
68 sont aptes à fixer uniquement le bac
20 sur la partie
5 basse et des vis d'assemblages sont aptes à fixer la culasse
4 sur le bloc-cylindres
3.
[0056] La partie
59 mobile des capteurs
58 de position est fixée aux carcasses
40. La partie
60 fixe des capteurs
58 de position est fixée à la fixation
55 primaire de la rampe
53 électrique.
[0057] Les connecteurs
61 sont fixés à chacune des carcasses
40 et à chacune des fixations
56 secondaires de la rampe
53 électrique.
[0058] Comme illustré sur la figure 4, les ressorts
31 sont engagés autour des queues
13 de soupapes
12, de sorte à reposer sur le bac
20.
[0059] Les joints
49 coniques sont engagés autour des queues
13 de soupapes
12, de sorte à être bloqués par le bout
14 conique des soupapes
12.
[0060] Les perçages
48 de passage primaires et les perçages
46 de guidage primaires des disques
45 de centrage sont respectivement engagés autour des queues
13 de soupapes
12 et des plots
22 du bac
20, de sorte que les perçages
48 de passage primaires soient emboîtés sur les joints
49 coniques.
[0061] Les perçages
42 de passage secondaires et les perçages
43 de guidage secondaires des carcasses
40 sont respectivement engagés autour des queues
13 de soupapes
12 et des plots
22, jusqu'au contact de l'extrémité
41 des carcasses
40 avec les disques
45 de centrage, de sorte que les protubérances
47 de centrage soient emboîtées dans les perçages
42 de passage secondaires.
[0062] Les perçages
52 de passage tertiaires et les perçages
51 de guidage tertiaires des disques
50 de fixation sont respectivement engagés autour des queues
13 de soupapes
12 et des plots
22 du bac
20, jusqu'au contact des disques
50 de fixation avec l'extrémité
41 de la carcasse
40.
[0063] Un écrou
69 est vissé sur le filetage
15 de la queue
13 de chaque soupape
12, permettant de solidariser les soupapes
12 avec les équipages
30 mobiles.
[0064] Les ressorts
31 sont alors légèrement comprimés, éloignant les équipages
30 mobiles du bac
20, de sorte que les têtes
16 des soupapes
12 soient logées dans les logements
11 et qu'elles obturent les tubulures
10 de la partie
5 basse de la culasse
4.
[0065] Les lumières
54 de la rampe
53 électrique sont alignées avec les attaches
25 secondaires du bac
20. La rampe
53 électrique est fixée sur le bac
20, par le biais de trois vis
70 secondaires traversant les lumières
54 et vissées dans les attaches
25 secondaires du bac
20.
[0066] Comme illustré sur la figure 5, le joint
62 supérieur est posé sur le bac
20, de sorte que les orifices
64 primaires soient alignés avec les attaches
24 primaires du bac
20.
[0067] Les armatures
29, préalablement collées, sont fixées au couvercle
63, par le biais de douze vis
71 d'accrochage traversant les ouvertures
66 d'accrochage du couvercle
63 et vissées dans les perçages
39 d'accrochage de l'armature
29.
[0068] Les trois armatures
29 de la rangée
6 sont ainsi alignées.
[0069] Le fil
57 électrique de la rampe
53 électrique est introduit dans l'ouverture
67 d'alimentation du couvercle
63.
[0070] Le couvercle
63 est fixé sur le bac
20, par le biais de quatre vis
72 primaires traversant les ouvertures
65 primaires du couvercle
63, les orifices
64 primaires du joint
62 supérieur et vissées dans les attaches
24 primaires du bac
20.
[0071] Comme représenté sur la figure
6, une fois les deux rangées
6 de la culasse
4 assemblées, l'ouverture
26 d'entrée fluidique de chaque bac
20 est reliée à l'ouverture
27 de sortie fluidique de l'autre bac
20, par le biais d'un tuyau
73. Une pompe
74 est installée sur l'un des deux tuyaux
73.
[0072] La culasse
4 est apte à être montée, avant, pendant ou après son assemblage, dans un moteur
2 à combustion interne.
[0073] Le fil
57 électrique de la rampe
53 électrique est connecté à un calculateur.
[0074] En fonctionnement, le calculateur envoie indépendamment un signal électrique à chaque
équipage
30 mobile des actionneurs
28 électromagnétiques, par le biais de la rampe
53 électrique et du connecteur
61.
[0075] Le signal électrique reçu par un équipage
30 mobile traverse les bobines
44 de cet équipage
30 mobile.
[0076] Les bobines
44 interagissent avec le circuit magnétique de leur armature
29 respective, visant à faire translater l'équipage
30 mobile dans l'entrefer
37 de l'armature
29. Ainsi, les soupapes
12 sont mobiles entre une position fermée, où la tête
16 obture les tubulures
10, et une position ouverte, où la tête
16 n'obture pas les tubulures
10.
[0077] L'équipage
30 mobile, apte à réaliser des mouvements rapides et répétés, doit être refroidi. Les
bacs
20 sont donc aptes à contenir de l'huile circulant d'un bac
20 à l'autre suivant un circuit
75 hydraulique fermé, défini par les tuyaux
73 et mis en mouvement par la pompe
74. Le niveau d'huile dans les bacs
20 dépasse la position du perçage
33 fluidique de l'armature
29 permettant à l'huile de pénétrer dans l'entrefer
37, de lubrifier et de refroidir l'équipage
30 mobile.
[0078] Selon des modes de réalisation non représentés, la culasse
4 peut comprendre un circuit
75 hydraulique indépendant par bac
20.
[0079] Le circuit
75 hydraulique de refroidissement des actionneurs 28 électromagnétiques peut également
être relié au circuit de lubrification du moteur
2. Ce mode de réalisation permet de ne pas utiliser de pompe
74 pour le circuit
75 hydraulique.
[0080] La culasse
4 permet ainsi d'optimiser le refroidissement des actionneurs électromagnétiques.
[0081] Le procédé d'assemblage de la culasse
4, apte à augmenter la compacité du moteur
2 à combustion interne, permet d'optimiser le fonctionnent de la culasse
4 et son temps d'assemblage.
1. Culasse
(4) d'un moteur
(2) à combustion interne, comprenant :
- une partie (5) basse ;
- au moins un bac (20) surmontant la partie (5) basse ;
- au moins un actionneur (28) électromagnétique disposé dans le bac (20), muni :
• d'une armature (29) définissant un circuit magnétique,
• d'un équipage (30) mobile incluant :
o une carcasse (40), et
o au moins une bobine (44) ;
- une rampe (53) électrique apte à alimenter la bobine (44) ;
- une soupape (12) munie d'une queue (13) traversant la partie (5) basse pour déboucher dans le bac (20) et solidaire de la carcasse (40) ;
la culasse
(4) étant
caractérisée en ce que le bac
(20) comprend une ouverture
(26) d'entrée fluidique, une ouverture
(27) de sortie fluidique et un circuit
(75) hydraulique qui relie l'ouverture
(26) d'entrée fluidique et l'ouverture
(27) de sortie fluidique.
2. Culasse (4) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le circuit (75) hydraulique comprend au moins un tuyau (73) et une pompe (74).
3. Culasse (4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un couvercle (63) apte à fermer le bac (20).
4. Moteur (4) à combustion interne comprenant un circuit de lubrification, caractérisé en ce qu'il comprend une culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dont le circuit
(75) hydraulique est relié au circuit de lubrification du moteur (2) à combustion interne.
5. Véhicule (1) automobile comprenant un moteur (2) à combustion interne selon la revendication précédente.
6. Procédé d'assemblage de la culasse
(4) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à :
- introduire la queue (13) de soupape (12) dans la partie (5) basse ;
- poser au moins un joint (17) inférieur sur la partie (5) basse de telle sorte que la queue (13) de soupape (12) traverse le joint (17) inférieur ;
- fixer le bac (20) sur la partie (5) basse, le joint (17) inférieur assurant l'étanchéité entre la partie (5) basse, le bac (20) et la soupape (12) ;
- fixer la carcasse (40) de l'équipage (30) mobile à la rampe (53) électrique ;
- fixer l'équipage (30) mobile à la queue (13) de soupape (12) ;
- positionner l'armature (29) dans le bac (20) de manière à englober la carcasse (40) ;
- relier l'ouverture (26) d'entrée fluidique et l'ouverture (27) de sortie fluidique au circuit (75) hydraulique.
7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'une opération consistant à fixer un capteur (58) de position de l'équipage (30) mobile est réalisée avant la fixation de la carcasse (40) de l'équipage (30) mobile à la rampe (53) électrique.
8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'une opération consistant à engager un ressort (31) sur la queue (13) de soupape (12) est réalisée avant la fixation de l'équipage (30) mobile à la queue (13) de soupape (12).
9. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'une opération consistant à engager un joint (49) conique sur la queue (13) de soupape (12) est réalisée avant d'engager la carcasse (40) sur la queue (13) de soupape (12).
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le positionnement de l'armature (29) dans le bac (20) est réalisé après fixation de l'armature (29) sur le couvercle (63).