EP0785344B1 - Gicleur de refroidissement à emmanchement - Google Patents

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EP0785344B1
EP0785344B1 EP97420004A EP97420004A EP0785344B1 EP 0785344 B1 EP0785344 B1 EP 0785344B1 EP 97420004 A EP97420004 A EP 97420004A EP 97420004 A EP97420004 A EP 97420004A EP 0785344 B1 EP0785344 B1 EP 0785344B1
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spray nozzle
cooling
sleeve
conduit
nozzle body
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Yves Bontaz
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Bontaz Centre SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/06—Arrangements for cooling pistons
    • F01P3/08—Cooling of piston exterior only, e.g. by jets

Definitions

  • Piston cooling nozzles for engine internal combustion are used to project a fluid cooling such as oil against the piston bottom, i.e. against the piston face outside the explosion chamber, or in a piston gallery.
  • Piston cooling jets usually used are attachments, fixed on the crankcase and communicating with a cooling fluid supply orifice.
  • the nozzle position must be determined precisely, to determine precisely the impact of the coolant jet on the bottom piston or in the piston gallery.
  • a known technique consists in providing a one-piece, limited nozzle body by a bearing face and by an opposite fixing face, provided with a axial drilling intended to be crossed by a screw-feed valve fluid and fixing.
  • the axial hole communicates with a hole transverse connected to a fluid outlet injection pipe of cooling.
  • the valve screw is shaped and adapted to maintain the sprinkler body supported by its bearing face against the peripheral zone a fluid supply orifice formed in the crankcase wall, and to transmit coolant to the borehole inlet transverse.
  • the valve plug screws into a tapped end portion a cooling pipe opening out through the supply orifice fluid.
  • Centering and rotation locking means allow position the nozzle body in the engine cylinder.
  • these centering and blocking means comprise a ball engaged in corresponding housings of the casing and the nozzle body.
  • Such a one-piece cooling nozzle body is metallic, and can be produced by machining a block of metal, or by molding followed by rework machining. In all cases, it is a complex part shape, leading to high production cost. Of plus, the necessary clearance between the valve plug and the threaded housing bore of motor receiving it introduces uncertainty into position final sprinkler and in the impact position of the fluid jet cooling on the piston bottom. And the means of centering and locking in rotation significantly increase the volume and cost of manufacture of the nozzle.
  • the problem proposed by the present invention is to design a new screw-valve sprinkler structure for cooling piston which can be produced in a much less expensive way than the known structures, while fulfilling all of the functions of centering and locking in rotation for precise positioning of the nozzle in the engine cylinder, and while increasing the precision orientation and reproducibility of the coolant jet projected onto the bottom of the piston.
  • the piston cooling nozzle body has a complex shape intended to fulfill multiple functions: certain parts of form are intended to fulfill the functions of centering and locking in rotation of the nozzle body in the engine cylinder; other parts of form are intended to fulfill the conduction function of the fluid of cooling and sealing function between the nozzle body and the crankcase wall, as well as the training and direction of the coolant jet.
  • the idea is to ensure centering and locking functions in rotation by the nozzle parts ensuring the functions of fluid conduction and sealing.
  • a piston cooling jet for a motor with internal combustion comprises the features of claim 1.
  • the external surface of the sleeve has a knurled portion with straight knurling, or knurling cross.
  • a nozzle 1 piston cooling is an attachment on the wall of cylinder housing 2, inside the engine, shaped to take coolant circulating in a pipe of cooling 3 and to project the coolant into the engine cylinder against the bottom 4 of the piston 5 that is to say against the face piston which is outside the explosion chamber 6.
  • the nozzle 1 comprises a nozzle body 7 pierced with a channel axial 8 communicating with a transverse bore 9 connected to a conduit coolant outlet injection 10.
  • the coolant outlet injection pipe 10 is a bent tube, one end 11 of which is added in the bore transverse 9 of the nozzle body 7, and the other end 12 of which is towards the piston 5.
  • piston 5 is shown in its position operating extreme lower, and the fluid jet of cooling is illustrated by the dashed line 13.
  • the fluid jet of cooling is illustrated by the dashed line 13.
  • Figures 1 to 3 illustrate on a larger scale the nozzle 1 of Figure 4.
  • the coolant outlet injection pipe 10 includes two opposite side faces of reference 18 and 19, visible on the Figure 3, formed by the side faces of a straight portion 28 of the conduit 10 to be suitably shaped to constitute reference faces.
  • These reference lateral faces 18, 19 can cooperate with positioning stops 20 and 21 of a fitting tool, both during the bending of the conduit 10 during its manufacture and during the positioning of nozzle 1 in the engine.
  • Positioning stops 20 and 21 bear at the outlet of the conduit 10 against the faces lateral reference 18 and 19, leaving a minimum clearance. We can thus achieving better positioning reproducibility of the impact of jet 13.
  • the nozzle body 7 comprises a cylindrical sleeve 14 of revolution, coaxial with the axial channel 8.
  • the outside diameter of the sleeve 14 is suitable for its forced introduction into the orifice fluid inlet 15 of the cylinder housing 2.
  • the supply port of fluid 15 is itself cylindrical of revolution.
  • the outer surface of the sleeve 14 includes a knurled portion 16, which can advantageously be an intermediate portion along the length L of the sleeve 14.
  • the knurled portion 16 when used, may include straight knurling. Alternatively, the knurled portion 16 may include a cross knurling, as illustrated in figure 2.
  • the outer surface of the sleeve 14 can include a smooth cylindrical portion 16 with tolerances allowing a tight fit.
  • the portion 16 of external surface of the sleeve 14 may include a protrusion made by deformation longitudinal or circular.
  • annular groove 22 which limits the length of the outer portion 16 of the sleeve engaging with the wall of the fluid supply orifice 15.
  • the nozzle body 7 is devoid of any other means ensuring the attachment of the nozzle in the housing cylinder 2, and ensuring its blocking in rotation about its axis.
  • These two fixing and rotation blocking functions are provided by the sleeve 14 forcibly engaged in the fluid supply orifice 15 of the casing of cylinder 2.
  • the adaptation of the sleeve 14 in the orifice fluid inlet 15, and its guidance by the positioning stops 20 and 21, make it possible to improve the positioning accuracy of the nozzle, by the fact that no play is left between the sleeve 14 and the orifice fluid supply 15, and by the fact that the guidance is the same during of the two operations of final forming of the conduit 10 and of insertion of the nozzle 1 in the engine.
  • the end of the sleeve 14 has a conical chamfer 17, adapted to facilitate penetration into the fluid supply orifice 15, limiting the risk of damage to the wall of the supply orifice fluid 15 and facilitating assembly.
  • the presence of the force-fitted part 16 ensures great mechanical rigidity of the nozzle assembly in the cylinder housing 2, while ensuring a sufficient seal to prevent the exit of coolant between the sleeve 14 and the supply port of fluid 15.
  • An internal combustion engine can thus include advantageously cooling nozzles 1 according to the invention, such as described above, fixed in the piston chamber (s) and adapted to each project the cooling fluid in a jet concentrated on the bottom 4 of a piston 5.

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Description

Les gicleurs de refroidissement de piston pour moteur à combustion interne sont utilisés pour projeter un fluide de refroidissement tel que de l'huile contre le fond de piston, c'est-à-dire contre la face de piston extérieure à la chambre d'explosion, ou dans une galerie de piston.
Les gicleurs de refroidissement de piston habituellement utilisés sont des pièces rapportées, fixées sur le carter moteur et communiquant avec un orifice d'amenée de fluide de refroidissement. La position du gicleur doit être déterminée avec précision, pour déterminer de façon précise l'impact du jet de fluide de refroidissement sur le fond de piston ou dans la galerie de piston.
Une technique connue, décrite par exemple dans le document DE-A-19 57 499, consiste à prévoir un corps de gicleur monobloc, limité par une face d'appui et par une face de fixation opposée, muni d'un perçage axial destiné à être traversé par une vis-clapet d'amenée de fluide et de fixation. Le perçage axial communique avec un perçage transversal raccordé à un conduit d'injection de sortie de fluide de refroidissement. La vis-clapet est conformée et adaptée pour maintenir le corps de gicleur en appui par sa face d'appui contre la zone périphérique d'un orifice d'amenée de fluide ménagé dans la paroi de carter moteur, et pour transmettre le fluide de refroidissement à l'entrée du perçage transversal. La vis-clapet se visse dans une portion d'extrémité taraudée d'une canalisation de refroidissement débouchant par l'orifice d'amenée de fluide. Des moyens de centrage et de blocage en rotation permettent de positionner le corps de gicleur dans le cylindre moteur. Dans ce document, ces moyens de centrage et de blocage comprennent une bille engagée dans des logements correspondants du carter et du corps de gicleur.
Un tel corps monobloc de gicleur de refroidissement est métallique, et peut être réalisé par usinage d'un bloc de métal, ou par moulage suivi d'un usinage en reprise. Dans tous les cas, il s'agit d'une forme de pièce complexe, conduisant à un coût de production élevé. De plus, le jeu nécessaire entre la vis-clapet et l'alésage taraudé du carter de moteur qui la reçoit introduit une incertitude dans la position définitive du gicleur et dans la position de l'impact du jet de fluide de refroidissement sur le fond de piston. Et les moyens de centrage et de blocage en rotation augmentent sensiblement le volume et le coût de fabrication du gicleur.
On a pu constater en outre certains défauts d'étanchéité entre le corps de gicleur et la paroi de carter moteur, de sorte qu'une portion du fluide de refroidissement s'échappe directement entre le corps de gicleur et la paroi du carter moteur, et ne parvient pas au piston.
D'autres formes complexes de corps monobloc de gicleur sont décrites dans les documents US-A-2 991 769 et FR-A-2 259 981.
On connaít aussi, du document DE-A-34 16 076, un gicleur de refroidissement de piston dans lequel le corps de gicleur est tenu-par une plaque de fixation fixée par des vis traversant deux trous de la plaque. La plaque de fixation comporte une excroissance centrale pénétrant à l'intérieur du corps de gicleur. Ce mode de fixation est très différent d'une vis-clapet, et nécessite des usinages supplémentaires dans la paroi de carter moteur.
Le problème proposé par la présente invention est de concevoir une nouvelle structure de gicleur à vis-clapet pour refroidissement de piston qui puisse être réalisée de façon nettement moins onéreuse que les structures connues, tout en remplissant l'ensemble des fonctions de centrage et de blocage en rotation pour un positionnement précis du gicleur dans le cylindre moteur, et tout en augmentant la précision d'orientation et la reproductibilité du jet de fluide de refroidissement projeté sur le fond de piston.
La présente invention résulte de l'observation selon laquelle le corps de gicleur de refroidissement de piston présente une forme complexe destinée à remplir des fonctions multiples : certaines parties de forme sont destinées à remplir les fonctions de centrage et de blocage en rotation du corps de gicleur dans le cylindre moteur ; d'autres parties de forme sont destinées à remplir la fonction de conduction du fluide de refroidissement et la fonction d'étanchéité entre le corps de gicleur et la paroi de carter moteur, ainsi que la fonction de formation et de direction du jet de fluide de refroidissement. L'idée est d'assurer les fonctions de centrage et de blocage en rotation par les parties de gicleur assurant les fonctions de conduction de fluide et d'étanchéité.
Pour cela, un gicleur de refroidissement de piston pour moteur à combustion interne selon l'invention comprend les caractéristiques de la revendication 1.
On constate que, de façon inattendue, une telle structure simplifiée de fixation du gicleur assure une solidarisation efficace du gicleur dans le carter de cylindre, tout en améliorant la précision du positionnement.
Selon un mode de réalisation avantageux, la surface externe du manchon comporte une portion moletée à moletage droit, ou à moletage croisé.
Il est toutefois efficace, et moins onéreux de prévoir que la surface externe du manchon est lisse.
Dans tous les cas, il peut être avantageux de prévoir, à la base de la surface externe du manchon, une gorge limitant la longueur de manchon en prise avec la paroi de l'orifice d'amenée de fluide. On contrôle ainsi la force nécessaire pour la pénétration du gicleur et pour son extraction.
D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles:
  • la figure 1 est une vue de face en coupe montrant un gicleur de refroidissement selon un mode de réalisation de l'invention ;
  • la figure 2 est une vue de côté droit du gicleur de la figure 1 ;
  • la figure 3 est une vue de dessus du gicleur de la figure 1 ; et
  • la figure 4 est une demi-vue de face en coupe montrant un gicleur de refroidissement selon l'invention associé à un cylindre moteur dans un mode de réalisation particulier de piston.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 4, un gicleur 1 de refroidissement de piston est une pièce rapportée sur la paroi de carter de cylindre 2, à l'intérieur du moteur, conformée pour prélever du fluide de refroidissement circulant dans une canalisation de refroidissement 3 et pour projeter le fluide de refroidissement dans le cylindre moteur contre le fond 4 du piston 5 c'est-à-dire contre la face de piston qui est extérieure à la chambre d'explosion 6.
Le gicleur 1 comprend un corps de gicleur 7 percé d'un canal axial 8 communiquant avec un perçage transversal 9 raccordé à un conduit d'injection de sortie de fluide de refroidissement 10.
Le conduit d'injection de sortie de fluide de refroidissement 10 est un tube cintré dont une extrémité 11 est rapportée dans le perçage transversal 9 du corps de gicleur 7, et dont l'autre extrémité 12 est dirigée vers le piston 5.
Sur la figure 4, le piston 5 est représenté dans sa position extrême inférieure de fonctionnement, et le jet de fluide de refroidissement est illustré par le trait mixte 13. On comprend l'intérêt d'une bonne précision d'orientation et de concentration du jet 13 de fluide de refroidissement, pour frapper le piston 5 en une zone appropriée favorisant la répartition du fluide de refroidissement sur le fond 4 de piston, quelle que soit la position du piston 5 le long de sa course.
Il est pour cela nécessaire de prévoir des moyens de centrage et de blocage en rotation du corps de gicleur 7 sur la paroi de carter de cylindre 2.
Les figures 1 à 3 illustrent à plus grande échelle le gicleur 1 de la figure 4. Selon l'invention, le positionnement correct du gicleur 1 et du jet 13 est assuré en utilisant comme repère le conduit lui-même d'injection de sortie de fluide de refroidissement 10. Pour cela, le conduit d'injection de sortie de fluide de refroidissement 10 comprend deux faces latérales opposées de référence 18 et 19, visibles sur la figure 3, constituées par les faces latérales d'une portion rectiligne 28 du conduit 10 pour être conformées de façon appropriée pour constituer des faces de référence. Ces faces latérales de référence 18, 19 peuvent coopérer avec des butées de positionnement 20 et 21 d'un outil de pose, à la fois lors du cintrage du conduit 10 pendant sa fabrication et lors du positionnement du gicleur 1 dans le moteur. Les butées de positionnement 20 et 21 viennent en appui à la sortie du conduit 10 contre les faces latérales de référence 18 et 19, en laissant un petit jeu minimum. On peut ainsi réaliser une meilleure reproductibilité de positionnement de l'impact du jet 13.
Selon l'invention, comme illustré plus en détail sur les figures 1 à 4, le corps de gicleur 7 comprend un manchon 14 cylindrique de révolution, coaxial avec le canal axial 8. Le diamètre extérieur du manchon 14 est adapté pour son introduction en force dans l'orifice d'amenée de fluide 15 du carter de cylindre 2. L'orifice d'amenée de fluide 15 est lui-même cylindrique de révolution.
Dans le mode de réalisation illustré, la surface extérieure du manchon 14 comprend une portion moletée 16, pouvant avantageusement être une portion intermédiaire le long de la longueur L du manchon 14.
La portion moletée 16, lorsqu'elle est utilisée, peut comporter un moletage droit. En alternative, la portion moletée 16 peut comporter un moletage croisé, comme illustré sur la figure 2.
En alternative, la surface extérieure du manchon 14 peut comprendre une portion 16 cylindrique lisse aux tolérances permettant un ajustement serré.
Selon une autre alternative, la portion 16 de surface extérieure du manchon 14 peut comporter une excroissance faite par déformation longitudinale ou circulaire.
Dans tous les cas, il peut être avantageux de prévoir, à la base de la surface externe du manchon 14, une gorge annulaire 22 qui limite la longueur de la portion 16 de surface extérieure de manchon en prise avec la paroi de l'orifice d'amenée de fluide 15.
Ainsi, selon l'invention, le corps de gicleur 7 est dépourvu de tout autre moyen assurant la fixation du gicleur dans le carter de cylindre 2, et assurant son blocage en rotation autour de son axe. Ces deux fonctions de fixation et de blocage en rotation sont assurées par le manchon 14 engagé en force dans l'orifice d'amenée de fluide 15 du carter de cylindre 2.
On constate que l'adaptation du manchon 14 dans l'orifice d'amenée de fluide 15, et son guidage par les butées de positionnement 20 et 21, permettent d'améliorer la précision de positionnement du gicleur, par le fait qu'aucun jeu n'est laissé entre le manchon 14 et l'orifice d'amenée de fluide 15, et par le fait que le guidage est le même au cours des deux opérations de formage final du conduit 10 et d'insertion du gicleur 1 dans le moteur.
L'extrémité du manchon 14 comporte un chanfrein conique 17, adapté pour faciliter la pénétration dans l'orifice d'amenée de fluide 15, limitant les risques de dégradation de la paroi de l'orifice d'amenée de fluide 15 et facilitant l'assemblage.
La présence de la partie emmanchée en force 16 assure une grande rigidité mécanique de l'assemblage du gicleur dans le carter de cylindre 2, tout en assurant une étanchéité suffisante pour éviter la sortie de fluide de refroidissement entre le manchon 14 et l'orifice d'amenée de fluide 15.
Un moteur à combustion interne peut ainsi comprendre avantageusement des gicleurs de refroidissement 1 selon l'invention, tels que décrits précédemment, fixés dans la ou les chambres de piston et adaptés pour projeter chacun le fluide de refroidissement en un jet concentré sur le fond 4 d'un piston 5.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après.

Claims (8)

  1. Gicleur (1) de refroidissement de piston (5) pour moteur à combustion interne, comprenant un corps de gicleur (7) percé d'un canal axial (8) communiquant avec un perçage transversal (9) raccordé à un conduit d'injection de sortie de fluide de refroidissement (10) dont une extrémité (11) est rapportée dans le perçage transversal, le corps de gicleur (7) étant conformé pour être fixé à la paroi de carter de cylindre (2) et pour mettre en communication étanche le canal axial (8) avec un orifice d'amenée de fluide (15) pour l'introduction du fluide de refroidissement dans le gicleur (1), avec des moyens de centrage et de blocage en rotation pour positionner le corps de gicleur (7) dans un cylindre du moteur, caractérisé en ce que :
    le corps de gicleur (7) comprend un manchon (14) cylindrique de révolution, coaxial avec le canal axial (8), le diamètre extérieur du manchon (14) étant adapté pour son introduction en force dans l'orifice d'amenée de fluide (15) lui-même cylindrique de révolution,
    le conduit d'injection de sortie de fluide de refroidissement (10) comprend, directement adjacente au corps de gicleur (7), une portion rectiligne cylindrique (28) de conduit dont les faces latérales constituent deux faces latérales opposées de référence (18, 19), conformées pour constituer des faces de référence pouvant coopérer avec des butées de positionnement à la fois lors du cintrage du conduit (10) et lors du positionnement du gicleur (1) dans le moteur.
  2. Gicleur de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface externe du manchon (14) comporte une portion moletée (16) à moletage droit.
  3. Gicleur de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce, que la surface externe du manchon (14) comporte une portion moletée (16) à moletage croisé.
  4. Gicleur de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface externe du manchon (14) comprend une portion cylindrique (16) lisse aux tolérances permettant un ajustement serré.
  5. Gicleur de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la surface externe du manchon (14) comprend, à sa base, une gorge annulaire (22) limitant la longueur de manchon en prise avec la paroi de l'orifice d'amenée de fluide (15).
  6. Moteur à combustion interne comprenant des gicleurs de refroidissement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, fixés dans la ou les chambres de piston et adaptés pour projeter chacun le fluide de refroidissement en un jet concentré sur le fond (4) d'un piston (5).
  7. Procédé de positionnement d'un gicleur (1) de refroidissement de piston (5) dans un moteur à combustion interne, le gicleur (1) comprenant un corps de gicleur (7) et un conduit d'injection de sortie de fluide de refroidissement (10), procédé dans lequel on utilise comme repère de positionnement le conduit lui-même d'injection de sortie de fluide de refroidissement (10).
  8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le conduit d'injection de sortie de fluide de refroidissement (10) comprend une portion rectiligne cylindrique (28) de conduit, adjacente au corps de gicleur (7), présentant deux faces latérales opposées de référence (18, 19), et en ce qu'on utilise un outil de pose à butées de positionnement (20, 21) qui viennent en appui à la sortie du conduit (10) contre les faces latérales de référence (18, 19) en laissant un petit jeu minimum.
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