EP0277446A1 - Moteur à combustion interne muni de moyens perfectionnés de refroidissement du bloc-cylindres - Google Patents

Moteur à combustion interne muni de moyens perfectionnés de refroidissement du bloc-cylindres Download PDF

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EP0277446A1
EP0277446A1 EP87403006A EP87403006A EP0277446A1 EP 0277446 A1 EP0277446 A1 EP 0277446A1 EP 87403006 A EP87403006 A EP 87403006A EP 87403006 A EP87403006 A EP 87403006A EP 0277446 A1 EP0277446 A1 EP 0277446A1
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/02—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means
    • F02F1/10—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means for liquid cooling
    • F02F1/108—Siamese-type cylinders, i.e. cylinders cast together
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/02—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means
    • F02F1/10—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means for liquid cooling
    • F02F2001/104—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means for liquid cooling using an open deck, i.e. the water jacket is open at the block top face

Definitions

  • the present invention relates to internal combustion engines comprising several cylinders in line and in particular those of these engines which, in order to be as short as possible, have a small distance between cylinders.
  • the cylinders are formed in a cylinder block surmounted by a cylinder head and these cylinders are cooled by a coolant circuit comprising chambers arranged on either side of the cylinder line and connected by passages in the walls separating two adjacent cylinders.
  • the cylinder block being made of cast metal, the passage formed in the wall separating two cylinders is obtained either by molding from a foundry core, or by machining.
  • neither the passage nor the wall separating two cylinders can be very thin, on the one hand taking into account the size of the core and the shrinkage of the metal during cooling after casting and, on the other hand, as far as the wall is concerned, because of the risks of porosity, especially near the upper part of the cylinders where the mechanical and thermal stresses are maximum.
  • the distance between two adjacent cylinders cannot be practically less than about one centimeter.
  • wall deformations frequently occur in the vicinity of the upper parts of the cylinders, in particular when the engine is heavily loaded, which is the case when it is supercharged.
  • the passage consists either of at least one borehole, necessarily of small diameter and providing only a small flow of liquid and consequently an insufficient heat exchange (document US-A-4 369 739) or in a slot extending perpendicular to the line of cylinders, this slot being milled from the face of the cylinder block directed towards the cylinder head.
  • a slot being located in the vicinity of the upper part of the cylinders, that is to say in the hottest zone and subjected to the highest mechanical stresses, weakens the wall in which it is formed.
  • the risks of deformation imply that the walls disposed on either side of the slot have a thickness of at least four millimeters, which again leads to a distance between two adjacent cylinders of at least one centimeter.
  • slots arranged in this way tend to scale up and are subjected to deposits of particles carried by the coolant, which progressively restrict the passage cross-section for this liquid.
  • the object of the invention is to propose an arrangement in which these various drawbacks are reduced or eliminated and which makes it possible to ensure effective cooling of the cylinders without weakening the partitions which separate them, or to increase the thickness of these partitions.
  • the subject of the invention is an internal combustion engine, comprising a cylinder block of cast metal delimiting several cylinders which are arranged in line and open out on one face of the cylinder block adjacent to a cylinder head itself fixed on the cylinder block, two adjacent cylinders being separated by a partition, the cylinder block also delimiting part of a coolant circuit and in particular chambers located on either side of the line of cylinders and at least one foundry passage formed in said partition and connecting said chambers, characterized in that at least one of these chambers, disposed on one side of the line of cylinders, opens onto said face of the cylinder block by a cavity and there is provided at least one conduit pierced in said partition, above said passage, this conduit extending between said cavity and the chamber located on the other side of the line of cylinders.
  • the two chambers communicate respectively with a part of the coolant circuit formed in the cylinder head by passages of restricted section; - a passage of restricted section is located between the cavity and the adjacent chamber; - A cylinder head gasket being interposed between the two opposite faces of the cylinder block and the cylinder head, this gasket has two calibrated orifices connecting the liquid circuit formed in the cylinder head, respectively to said cavity and to the chamber disposed of the other side of the cylinder line.
  • FIG. 1 a portion of a cylinder block 1 made of cast metal and which delimits several cylinders such as C1, C2 ( Figure 3), arranged in line.
  • This line is designated by the reference L-L ⁇ and corresponds to the trace on the plane of Figure 3, the plane containing the axes of the different cylinders.
  • the block 1 has a face 2 directed towards a cylinder head 3 fixed on the block by usual means.
  • a cylinder head gasket 4 is interposed in a known manner, between the cylinder block and the cylinder head.
  • a part 7, 8 of this cooling circuit is formed in the cylinder head.
  • Two adjacent cylinders are separated by a partition 9 made with a thickness as small as possible and in which the casting came from a passage 10 which makes the two chambers 5 and 6 communicate.
  • a conduit 11 is pierced in the upper part of the partition 9 above the passage 10, this drilling making the upper part of the chamber 6 communicate with a cavity 12 which opens on the face 2 of the cylinder block and communicates with the chamber 5, preferably via an orifice 13 of restricted section.
  • the oblique orientation of the bore 11 is such that it can be machined from the upper side of the cylinder block.
  • the probe may, for example, be of the order of 4 mm.
  • two conduits 11 can be drilled in the partition 10.
  • the upper edge 14 of the passage 10 is oblique and oriented approximately parallel to the bore 11.
  • the second chamber 6 communicates with the part 8 of the coolant circuit formed in the cylinder head via an orifice 15 of restricted section, this orifice like the orifice 13 having come from the foundry in the embodiment of the figures 1 to 3.
  • the cavity 12 into which the chamber 5 opens has a generally cylindrical shape and receives a cup 21 in which a calibrated orifice 22 is formed.
  • the cup 21 can be fitted or screwed into the cavity 12 .
  • the cylinder head gasket 4 also comprises two orifices 23, 24 of restricted section which determine the passage section between the parts of the cooling circuit formed in the cylinder block and in the cylinder head, respectively.
  • a spacer 31 from the foundry is provided in the middle part of the passage 10, so as to reinforce the partition 9 which separates the adjacent cylinders C1, C2.
  • the coolant flows, on the one hand, from the chamber 5 towards the cavity 12 through the orifice 13 or 22 of restricted section and, on the other hand, from the chamber 6 towards the cavity 12 by the bore 11, and towards the circuit 8 by the restricted passage 15 or 24.
  • a circulation of the coolant occurs also in passage 10.
  • the various passages of restricted section are dimensioned so that the pressure drops which they provide entail an optimal distribution of the liquid flow rates in the passage 10 and in the bore 11 and, consequently, a sufficient heat exchange to cool the cylinders correctly.
  • the orifice 22 has a smaller section than that of the orifice 23 and larger than that of the orifice 24.
  • This arrangement offers the following advantages: - it provides effective cooling, as indicated above; -
  • the partition separating the cylinders can be relatively thin and keep a thickness of less than one centimeter, while exhibiting good mechanical strength thanks to the fact that it is full in the vicinity of face 2 and that the bore 11 contributes only slightly to reduce its section. However, it is important to maintain sufficient resistance to the partition near face 2, because it is in this area that the stresses are greatest; -
  • the passages of restricted section and the bore 11 are unlikely to scale up or be clogged with particles because the flow rate of the liquid which circulates therein is relatively large. The same is true for passage 10, in particular thanks to its distance from the hottest zone, close to face 2.

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Abstract

Selon l'invention, il est prévu dans la cloison (9) séparant deux cylindres adjacents, d'une part un passage principal (10) et, d'autre part, au moins un conduit 11, percé à partir de la face supérieure (2) du bloc-cylindres et qui met en communication une cavité (12) reliée à une chambre (5) et une chambre (6) située de l'autre côté de la ligne de cylindres. Application, notamment, aux moteurs dans lesquels, pour des raisons d'encombrement, la distance entre deux cylindres adjacents est particulièrement faible.

Description

  • La présente invention concerne les moteurs à combustion interne comportant plusieurs cylindres en ligne et en particulier ceux de ces moteurs qui pour avoir une longueur aussi réduite que possible présen­tent une faible distance entre cylindres.
  • Dans de tels moteurs, les cylindres sont mé­nagés dans un bloc-cylindres surmonté d'une culasse et ces cylindres sont refoidis par un circuit de liquide de refoidissement comportant des chambres disposées de part et d'autre de la ligne de cylindres et reliées par des passages ménagés dans les parois séparant deux cylindres adjacents.
  • Le bloc-cylindres étant réalisé en métal coulé, le passage ménagé dans la paroi séparant deux cylindres est obtenu soit par moulage à partir d'un noyau de fonderie, soit par usinage.
  • Dans le premier cas ni le passage, ni la pa­roi séparant deux cylindres ne peuvent être très min­ces, d'une part compte tenu de la dimension du noyau et du retrait du métal lors du refroidissement après la coulée et, d'autre part, en ce qui concerne la pa­roi, à cause des risques de porosité, surtout à proxi­mité de la partie supérieure des cylindres où les con­traintes mécaniques et thermiques sont maximales.
  • Il en résulte que la distance entre deux cy­lindres adjacents ne peut pratiquement être inférieure à environ un centimètre. De plus, des déformations de paroi se produisent fréquemment au voisinage des par­ties supérieures des cylindres, notamment lorsque le moteur est fortement chargé ce qui est le cas lors­qu'il est suralimenté.
  • Dans le second cas, le passage consiste soit en au moins un perçage, nécessairement de petit diamè­tre et ne procurant qu'un faible écoulement de liquide et par conséquent un échange thermique insuffisant (document US-A-4 369 739) soit en une fente s'étendant perpendiculairement à la ligne de cylindres, cette fente étant fraisée à partir de la face du bloc-cylindres dirigée vers la culasse. Une telle fente étant située au voisinage de la partie supérieure des cylindres, c'est-à-dire dans la zone la plus chaude et soumise aux plus fortes contraintes mé­caniques, affaiblit la paroi dans laquelle elle est ménagée. Les risques de déformation impliquent que les parois disposées de part et d'autre de la fente pré­sentent une épaisseur d'au moins quatre millimètres, ce qui conduit à nouveau à une distance entre deux cy­lindres adjacents d'au moins un centimètre. Pour pou­voir réduire au moins légèrement cette distance, il est nécessaire d'insérer une pièce métallique de ren­fort dans la fente, ce qui est délicat à réaliser de façon fiable. On constate de plus que des fentes agencées de cette façon ont tendance à s'entartrer et sont soumises à des dépôts de particules véhiculées par le liquide de refoidissement, qui restreignent progressivement la section de passage pour ce liquide.
  • L'invention a pour but de proposer un agen­cement dans lequel ces divers inconvénients soient ré­duits ou supprimés et qui permette d'assurer un re­froidissement efficace des cylindres sans affaiblir les cloisons qui les séparent, ni augmenter l'épais­seur de ces cloisons.
  • A cet effet l'invention a pour objet un mo­teur à combustion interne, comprenant un bloc-cylin­dres en métal coulé délimitant plusieurs cylindres qui sont disposés en ligne et débouchent sur une face du bloc- cylindres adjacente à une culasse elle-même fi­xée sur le bloc-cylindres, deux cylindres adjacents étant séparés par une cloison, le bloc-cylindres délimitant également une partie d'un circuit de liqui­de de refroidissement et notamment des chambres si­tuées de part et d'autre de la ligne de cylindres et au moins un passage venu de fonderie ménagé dans ladi­te cloison et reliant lesdites chambres, caractérisé en ce qu'au moins l'une de ces chambres, disposée d'un côté de la ligne de cylindres, débouche sur ladite fa­ce du bloc- cylindres par une cavité et il est prévu au moins un conduit percé dans ladite cloison, au-des­sus dudit passage, ce conduit s'étendant entre ladite cavité et la chambre située de l'autre côté de la li­gne de cylindres.
  • Suivant d'autres caractéristiques :
    - les deux chambres communiquent respective­ment avec une partie du circuit de liquide de refroi­dissement ménagée dans la culasse par des passages de section restreinte ;
    - un passage de section restreinte est situé entre la cavité et la chambre adjacente ;
    - un joint de culasse étant interposé entre les deux faces en regard du bloc-cylindres et de la culasse, ce joint comporte deux orifices calibrés re­liant le circuit de liquide ménagé dans la culasse, respectivement à ladite cavité et à la chambre dispo­sée de l'autre côté de la ligne de cylindres.
  • L'invention va être décrite plus en détail ci-dessous en se référant au dessin annexé, donné à titre d'exemple et sur lequel :
    • - La figure 1 est une vue en coupe par un plan perpendiculaire à la ligne de cylindres, dans la zone située entre deux cylindres adjacents, d'un pre­mier mode de réalisation de l'invention ;
    • - Les figures 2 et 3 sont respectivement des vues en coupe suivant les lignes 2-2 et 3-3 de la fi­gure 1 ;
    • - Les figures 4 et 5 sont deux vues analo­gues à celle de la figure 1 de deux variantes ; et
    • - La figure 6 est une vue en coupe suivant la ligne 6-6 de la figure 5.
  • On voit sur la figure 1 une partie d'un bloc-cylindres 1 réalisé en métal coulé et qui déli­mite plusieurs cylindres tels que C₁, C₂ (figure 3), disposés en ligne. Cette ligne est désignée par la référence L-Lʹ et correspond à la trace sur le plan de la figure 3, du plan contenant les axes des différents cylindres. Le bloc 1 comporte une face 2 dirigée vers une culasse 3 fixée sur le bloc par des moyens habi­tuels. Un joint de culasse 4 est interposé de façon connue, entre le bloc-cylindres et la culasse.
  • Dans le bloc-cylindres sont ménagées de part et d'autre de la ligne de cylindres des chambres 5 et 6 faisant partie d'un circuit de liquide de refroidis­sement. De même, une partie 7, 8 de ce circuit de re­froidissement est ménagée dans la culasse.
  • Deux cylindres adjacents sont séparés par une cloison 9 réalisée avec une épaisseur aussi faible que possible et dans laquelle est venu de fonderie un passage 10 qui fait communiquer les deux chambres 5 et 6.
  • Suivant l'invention, un conduit 11 est percé dans la partie supérieure de la cloison 9 au dessus du passage 10, ce perçage faisant communiquer la partie supérieure de la chambre 6 avec une cavité 12 qui dé­bouche sur la face 2 du bloc-cylindres et communique avec la chambre 5, de préférence par l'intermédiaire d'un orifice 13 de section restreinte. L'orientation oblique du perçage 11 est telle qu'il peut être usiné à partir de la face supérieure du bloc-cylindres. Son­diamètre peut, par exemple être de l'ordre de 4 mm. En variante, deux conduits 11 peuvent être percés dans la cloison 10.
  • De préférence, le bord supérieur 14 du pas­sage 10 est oblique et orienté à peu près parallèle­ment au perçage 11.
  • La deuxième chambre 6 communique avec la partie 8 du circuit de liquide de refroidissement mé­nagée dans la culasse par l'intermédiaire d'un orifice 15 de section restreinte, cet orifice comme l'orifice 13 étant venu de fonderie dans le mode de réalisation des figures 1 à 3.
  • Dans le mode de réalisation de la figure 4, la cavité 12 dans laquelle débouche la chambre 5 a une forme générale cylindrique et reçoit une coupelle 21 dans laquelle est ménagée un orifice calibré 22. La coupelle 21 peut être emmanchée ou vissée dans la ca­vité 12.
  • De plus, dans ce mode de réalisation, le joint de culasse 4 comporte également deux orifices 23, 24 de section restreinte qui déterminent la sec­tion de passage entre les parties du circuit de re­froidissement ménagées dans le bloc-cylindres et dans la culasse, respectivement.
  • Dans la variante des figures 5 et 6, une en­tretoise 31 venue de fonderie est ménagée dans la par­tie médiane du passage 10, de façon à renforcer la cloison 9 qui sépare les cylindres adjacents C1, C2.
  • Le fonctionnement de l'agencement que l'on vient de décrire est le suivant :
  • En remontant du bloc-cylindres 1 vers la cu­lasse 3, le liquide de refroidissement s'écoule, d'une part, de la chambre 5 vers la cavité 12 par l'orifice 13 ou 22 de section restreinte et, d'autre part, de la chambre 6 vers la cavité 12 par le perçage 11, et vers le circuit 8 par le passage restreint 15 ou 24. De plus, une circulation du liquide de refroidissement se produit aussi dans le passage 10.
  • Les divers passages de section restreinte sont dimensionnés de façon que les pertes de charge qu'ils procurent entraînent une répartition optimale des débits de liquide dans le passage 10 et dans le perçage 11 et, par suite, un échange thermique suffisant pour refroidir correctement les cylindres. C'est ainsi que suivant la réalisation représentée, l'orifice 22 a une section plus faible que celle de l'orifice 23 et plus importante que celle de l'orifice 24.
  • Cet agencement offre les avantages suivants:
    - il procure un refroidissement efficace, comme cela a été indiqué ci-dessus ;
    - la cloison séparant les cylindres peut être relativement mince et conserver une épaisseur in­férieure à un centimètre, tout en présentant une bonne tenue mécanique grâce au fait qu'elle est pleine au voisinage de la face 2 et que le perçage 11 ne contri­bue que faiblement à réduire sa section. Or il est im­portant de conserver une résistance suffisante à la cloison à proximité de la face 2, car c'est dans cette zone que les contraintes sont les plus importantes ;
    - les passages de section restreinte et le perçage 11 risquent peu de s'entartrer ou d'être en­combrés par des particules car le débit du liquide qui y circule est relativement important. Il en est de même pour le passage 10, notamment grâce à son éloi­gnement de la zone la plus chaude, proche de la face 2.

Claims (12)

1 - Moteur à combustion interne comprenant un bloc-cylindres (1) en métal coulé, délimitant plu­sieurs cylindres (C₁, C₂) qui sont disposés en ligne et débouchent sur une face (2) du bloc-cylindres ad­jacente à une culasse (3) fixée sur le bloc-cylindres, deux cylindres adjacents étant séparés par une cloison (9), le bloc-cylindres délimitant également une partie d'un circuit de liquide de refroidissement et notam­ment des chambres (5, 6) situées de part et d'autre de la ligne de cylindres (L, Lʹ) et au moins un passage (10) venu de fonderie, ménagé dans ladite cloison (9) et reliant lesdites chambres (5, 6), caractérisé en ce qu'au moins l'une (5) desdites chambres située d'un côté de la ligne de cylindres, débouche sur ladite face (2) du bloc-cylindres par une cavité (12) et au moins un conduit (11) est percé dans ladite cloison, au-dessus du passage (10), ce conduit s'étendant entre ladite cavité (12) et la chambre (6) située de l'autre côté de la ligne de cylindres.
2 - Moteur à combustion interne selon la re­vendication 1, caractérisé en ce que les deux chambres (5, 6) communiquent respectivement avec une partie (7, 8) du circuit de liquide de refroidissement ménagée dans la culasse par des passages (13, 15, 22, 23, 24) de section restreinte.
3 - Moteur à combustion interne selon la re­vendication 2, caractérisé en ce qu'un passage (13, 22) de section restreinte est situé entre la cavité (12) et la chambre adjacente (5).
4 - Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que lesdites passages (13, 15) sont venus de moula­ge.
5 - Moteur à combustion interne selon la re­vendication 1, caractérisé en ce qu'un joint de culas­se (4) étant interposé entre les deux faces en regard du bloc-cylindres (1) et de la culasse (3), ce joint comporte deux orifices calibrés (23, 24) reliant le circuit de liquide (7, 8) ménagé dans la culasse, re­pectivement à ladite cavité (12) et à la chambre (6) disposée de l'autre côté de la ligne de cylindres.
6 - Moteur à combustion interne selon la re­vendication 5, caractérisé en ce que ledit orifice (24) adjacent à la chambre (6) dans laquelle débouche ledit conduit (11) a une section inférieure à celle de l'autre orifice (23).
7 - Moteur à combustion interne selon les revendications 3 et 6, caractérisé en ce que le passa­ge (22) disposé entre la chambre (5) et la cabité ad­jacente (12) a une section intermédiaire entre celles des deux orifices (23, 24).
8 - Moteur à combustion interne selon la re­vendication 1, caractérisé en ce que ladite cavité (12) est venue de moulage.
9 - Moteur à combustion interne selon la re­vendication 1, caractérisé en ce que ladite cavité (12) est un logement cylindrique, dans lequel est reçue une coupelle (21) délimitant un orifice (22) de section restreinte.
10 - Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une en­tretoise (31) est ménagée dans le passage (10) reliant les deux chambres (5, 6).
11 - Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit (11) est percé à partir de la face (2) du bloc-cylindres adjacente à la culasse et s'étend en oblique à partir de cette face.
12 - Moteur à combustion interne selon la revendication 11, caractérisé en ce que le passage (10) reliant les deux chambres (5, 6) a un bord supérieur (14) à peu près parallèle à la direction du conduit (11).
EP87403006A 1987-01-09 1987-12-29 Moteur à combustion interne muni de moyens perfectionnés de refroidissement du bloc-cylindres Expired - Lifetime EP0277446B1 (fr)

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FR8700174A FR2609501B1 (fr) 1987-01-09 1987-01-09 Moteur a combustion interne muni de moyens perfectionnes de refroidissement du bloc-cylindres

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JP (1) JPS63176648A (fr)
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