EP2145088A2 - Moteur de vehicule automobile comportant un circuit de refroidissement innovant - Google Patents

Moteur de vehicule automobile comportant un circuit de refroidissement innovant

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EP2145088A2
EP2145088A2 EP08788144A EP08788144A EP2145088A2 EP 2145088 A2 EP2145088 A2 EP 2145088A2 EP 08788144 A EP08788144 A EP 08788144A EP 08788144 A EP08788144 A EP 08788144A EP 2145088 A2 EP2145088 A2 EP 2145088A2
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water chamber
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cylinder head
water
engine
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Franck Simon
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Renault SAS
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    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/02—Arrangements for cooling cylinders or cylinder heads
    • 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
    • F02F1/14—Cylinders with means for directing, guiding or distributing liquid stream
    • 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 
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    • F02F1/26—Cylinder heads having cooling means
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    • F02F1/40—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling cylinder heads with means for directing, guiding, or distributing liquid stream 
    • 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
    • F01P3/02—Arrangements for cooling cylinders or cylinder heads
    • F01P2003/028—Cooling cylinders and cylinder heads in series

Definitions

  • the invention relates to a motor vehicle engine.
  • the invention more particularly relates to a motor vehicle engine comprising at least one engine block which comprises a row of aligned cylinders and which is capped with a cylinder head, an internal cooling circuit comprises successively, from upstream to downstream, the minus a cooling pump, an inlet, a first water chamber allowing the longitudinal circulation of a coolant along one side of the row of cylinders, a second chamber of water, allowing the circulation transverse coolant through a portion of the cylinder head, a third water chamber for the longitudinal circulation of the coolant along the opposite side of the row of cylinders, and an outlet port.
  • thermal engines of this type are known.
  • the cooling of the cylinder head is provided by a single water chamber. This design does not allow optimal cooling of the cylinder head.
  • Another known design is to ensure the cooling of the cylinder head by two independent lower and upper water chambers, the upper water chamber being fed by the lower water chamber and having its own outlet orifice independent of the orifice output associated with a single water chamber arranged on both sides of the two sides of the row of cylinders.
  • This design although offering better cooling of the cylinder head generates significant pressure drops in the water chamber arranged on both sides of the row of cylinders because of the presence of the outlet port associated with the upper water chamber of the cylinder head.
  • the invention proposes a new cooling system design of an engine, comprising a cylinder head cooled by two lower and upper water chambers, reducing the pressure drops.
  • the invention proposes a heat engine of the type described above, characterized in that the second water chamber is arranged in a lower part of the cylinder head and in that the cooling circuit further comprises a fourth chamber of water. water which is arranged in an upper part of the cylinder head, which is supplied upstream by the second water chamber, and which communicates downstream with the third water chamber.
  • the fourth water chamber allows the longitudinal circulation of the cooling liquid in the upper part of the cylinder head
  • the second water chamber is arranged close to the combustion chambers of the engine cylinders for cooling purposes and the fourth water chamber is intended in particular to ensure the degassing of the cooling circuit
  • the fourth water chamber communicates with the third water chamber via orifices arranged at its longitudinal ends and associated ducts which pass through the second water chamber to lead directly into the third water chamber,
  • the second water chamber is fed by the first water chamber via a series of orifices arranged longitudinally and it feeds the third water chamber via a series of orifices arranged longitudinally,
  • the fourth water chamber is fed by the second water chamber via a series of orifices arranged at least transversely, the outlet orifice is arranged at a longitudinal end of the third water chamber,
  • the outlet orifice is arranged in an intermediate portion of the third water chamber, - the cylinder head is made in two parts, separate cavities are associated with each of the third and fourth water chambers,
  • the cylinder head is made in a single part within which subdivision means define two separate cavities respectively associated with the third and fourth water chambers.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of an engine according to a first known design of the state of the art
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of an engine according to a second known design of the state of the art
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of an engine according to the invention.
  • Figure 1 a first known design of a motor vehicle engine 10.
  • the engine 1 0 comprises at least one engine block 1 2 which comprises a row of cylinders 14 aligned and which is capped with a cylinder head 1 6.
  • the engine 10 comprises an internal cooling circuit which comprises successively, from upstream to downstream as shown by the arrows of FIG. 1, at least one cooling pump 1 5, an inlet orifice 18, a first water chamber 20 allowing the longitudinal circulation of a cooling liquid along one side of the row of cylinders 14, a second water chamber 22, allowing the transverse circulation of the coolant through a portion of the cylinder head 1 6, a third water chamber 24 allowing the circulation of the coolant along the side opposite of the row of cylinders 14, and an outlet port 26.
  • the cooling of the cylinder head 16 is provided solely by the second water chamber 22. This design does not allow optimum cooling of the cylinder head, in particular in the vicinity of the combustion chambers (not shown) of the engine.
  • a motor 10 may comprise a cylinder head 1 6 comprising two independent lower and upper water chambers 28, the upper water chamber 28 being fed by the chamber lower water 22, and having its own outlet port 30 independent of the outlet port 26 associated with a single water chamber 20 arranged on either side of both sides of the row of cylinders 14 of the engine block 12.
  • This design although providing better cooling of the cylinder head 16 generates significant pressure drops in the water chamber arranged on either side of both sides of the row of cylinders, in particular because of the presence of the orifice outlet 30 associated with the upper water chamber 28 of the cylinder head.
  • the invention proposes a motor 10 substantially having the basic characteristics of the first known design of the state of the art, and characterized in that the second chamber of water 22 is arranged in a lower part of the cylinder head 1 6 and in that the cooling circuit further comprises a fourth water chamber 28 which is arranged in an upper part of the cylinder head 16, which is fed upstream by the second chamber 22 of water, and which communicates downstream directly with the third water chamber 24.
  • the fourth water chamber 28 allows the longitudinal circulation of the coolant in the upper part of the cylinder head 16.
  • the cooling of the cylinder head 16 is organized according to specific needs.
  • the lower part of the cylinder head 16 is arranged close to the combustion chambers of the cylinders 14 of the engine and is cooled by a transverse circulation in the second water chamber 22, which makes it possible to ensure optimum cooling of the combustion chambers. while the upper part of the cylinder head 16 is cooled by a longitudinal circulation, which makes it possible to ensure optimum degassing of the cooling circuit.
  • the fourth water chamber 28 communicates with the third water chamber via orifices 31 arranged at its longitudinal ends 32 and associated ducts 34 which pass through the second water chamber 22 to open directly into the second water chamber 28. the third water chamber 24.
  • the second water chamber 22 is fed by the first water chamber 20 through a series of orifices 36 arranged longitudinally and in that it feeds the water.
  • third water chamber 24 through a series of orifices 38 arranged longitudinally.
  • fourth water chamber 28 is fed by the second water chamber 22 via a series of orifices 40 arranged at least transversely.
  • the arrangement of the outlet orifice 26 This can be arranged at a longitudinal end of the third water chamber 24, as shown in Figure 3, or alternatively (not shown) be arranged in an intermediate part of the third water chamber 24.
  • the cylinder head 16 can be made in two parts, each having separate cavities associated with each of the third and fourth water chambers 22, 28.
  • the cylinder head 16 may be is carried out in a single part within which subdivision means delimit two distinct cavities respectively associated with the third and fourth water chambers 22, 28.
  • the invention thus makes it possible to substantially improve the cooling of a motor vehicle heat engine.

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Description

MOTEUR DE VEHICULE AUTOMOBILE COMPORTANT UN CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT INNOVANT
L'invention concerne un moteur thermique de véhicule automobile.
L'invention concerne plus particulièrement un moteur thermique de véhicule automobile comportant au moins un bloc moteur qui comporte une rangée de cylindres alignés et qui est coiffé d'une culasse, dont un circuit de refroidissement interne comporte successivement, d'amont en aval, au moins une pompe de refroidissement, un orifice d'entrée, une première chambre d'eau permettant la circulation longitudinale d'un liquide de refroidissement le long d'un côté de la rangée de cylindres, une deuxième chambre d'eau, permettant la circulation transversale du liquide de refroidissement au travers d'une partie de la culasse, une troisième chambre d'eau permettant la circulation longitudinale du liquide de refroidissement le long du côté opposé de la rangée de cylindres, et un orifice de sortie.
On connaît de nombreux exemples de moteurs thermiques de ce type.
Selon cette conception, le refroidissement de la culasse est assuré par une unique chambre d'eau. Cette conception ne permet pas un refroidissement optimal de la culasse.
Une autre conception connue consiste à assurer le refroidissement de la culasse par deux chambres d'eau indépendantes inférieure et supérieure, la chambre d'eau supérieure étant alimentée par la chambre d'eau inférieure et possédant son propre orifice de sortie indépendant de l'orifice de sortie associé à une unique chambre d'eau agencée de part et d'autre des deux côtés de la rangée de cylindres. Cette conception, quoique proposant un meilleur refroidissement de la culasse engendre des pertes de charge importantes dans la chambre d'eau agencée de part et d'autre des deux côtés de la rangée de cylindres du fait de la présence de l'orifice de sortie associé à la chambre d'eau supérieure de la culasse.
L'invention propose une nouvelle conception de circuit de refroidissement d'un moteur, comportant une culasse refroidie par deux chambres d'eau inférieure et supérieure, réduisant les pertes de charge.
Dans ce but, l'invention propose un moteur thermique du type décrit précédemment, caractérisé en ce que la deuxième chambre d'eau est agencée dans une partie inférieure de la culasse et en ce que le circuit de refroidissement comporte de surcroît une quatrième chambre d'eau qui est agencée dans une partie supérieure de la culasse, qui est alimentée en amont par la deuxième chambre d'eau, et qui communique en aval avec la troisième chambre d'eau.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - la quatrième chambre d'eau permet la circulation longitudinale du liquide de refroidissement dans la partie supérieure de la culasse,
- la deuxième chambre d'eau est agencée à proximité des chambres de combustion des cylindres du moteur pour en assurer le refroidissement et la quatrième chambre d'eau est notamment destinée à assurer le dégazage du circuit de refroidissement,
- la quatrième chambre d'eau communique avec la troisième chambre d'eau par l'intermédiaire d'orifices agencés à ses extrémités longitudinales et de conduits associés qui traversent la deuxième chambre d'eau pour déboucher directement dans la troisième chambre d'eau,
- la deuxième chambre d'eau est alimentée par la première chambre d'eau par l'intermédiaire une série d'orifices disposés longitudinalement et elle alimente la troisième chambre d'eau par l'intermédiaire une série d'orifices disposés longitudinalement,
- la quatrième chambre d'eau est alimentée par la deuxième chambre d'eau par l'intermédiaire d'une série d'orifices disposés au moins transversalement, - l'orifice de sortie est agencé à une extrémité longitudinale de la troisième chambre d'eau,
- l'orifice de sortie est agencé dans une partie intermédiaire de la troisième chambre d'eau, - la culasse est réalisée en deux parties dont des cavités distinctes sont associées à chacune des troisième et quatrième chambres d'eau,
- la culasse est réalisée en une partie unique à l'intérieur de laquelle des moyens de compartimentage délimitent deux cavités distinctes associées respectivement aux troisième et quatrième chambres d'eau.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un moteur selon une première conception connue de l'état de la technique ;
- la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un moteur selon une deuxième conception connue de l'état de la technique ;
- la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un moteur selon l'invention.
Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires.
On a représenté à la figure 1 une première conception connue d'un moteur thermique 10 de véhicule automobile.
De manière connue, le moteur 1 0 comporte au moins un bloc moteur 1 2 qui comporte une rangée de cylindres 14 alignés et qui est coiffé d'une culasse 1 6.
Le moteur 10 comporte un circuit de refroidissement interne qui comporte successivement, d'amont en aval comme représenté par les flèches de la figure 1 , au moins une pompe 1 5 de refroidissement, un orifice d'entrée 18, une première chambre d'eau 20 permettant la circulation longitudinale d'un liquide de refroidissement le long d'un côté de la rangée de cylindres 14, une deuxième chambre d'eau 22, permettant la circulation transversale du liquide de refroidissement au travers d'une partie de la culasse 1 6, une troisième chambre d'eau 24 permettant la circulation du liquide de refroidissement le long du côté opposé de la rangée de cylindres 14, et un orifice de sortie 26. Selon cette conception, le refroidissement de la culasse 16 est assuré uniquement par la deuxième chambre d'eau 22. Cette conception ne permet pas un refroidissement optimal de la culasse, notamment aux environs des chambres de combustion (non représentées) du moteur. Selon une deuxième conception connue qui a été représentée en figure 2, un moteur 1 0 peut comporter une culasse 1 6 comportant deux chambres d'eau indépendantes inférieure 22 et supérieure 28, la chambre d'eau supérieure 28 étant alimentée par la chambre d'eau inférieure 22, et possédant son propre orifice de sortie 30 indépendant de l'orifice de sortie 26 associé à une unique chambre d'eau 20 agencée de part et d'autre des deux côtés de la rangée de cylindres 14 du bloc moteur 12. Cette conception, quoique proposant un meilleur refroidissement de la culasse 16 engendre des pertes de charge importantes dans la chambre d'eau agencée de part et d'autre des deux côtés de la rangée de cylindres, notamment du fait de la présence de l'orifice de sortie 30 associé à la chambre d'eau supérieure 28 de la culasse.
Pour remédier à ces inconvénients, comme l'illustre la figure 3, l'invention propose un moteur 10 présentant sensiblement les caractéristiques de base de la première conception connue de l'état de la technique, et caractérisé en ce que la deuxième chambre d'eau 22 est agencée dans une partie inférieure de la culasse 1 6 et en ce que le circuit de refroidissement comporte de surcroît une quatrième chambre d'eau 28 qui est agencée dans une partie supérieure de la culasse 16, qui est alimentée en amont par la deuxième chambre 22 d'eau, et qui communique en aval directement avec la troisième chambre d'eau 24. Avantageusement, comme représenté par les flèches de la figure 3, à la différence de la deuxième chambre d'eau 22, la quatrième chambre d'eau 28 permet la circulation longitudinale du liquide de refroidissement dans la partie supérieure de la culasse 16. Le refroidissement de la culasse 16 est ainsi organisé en fonction de besoins spécifiques. La partie inférieure de la culasse 16 est agencée à proximité des chambres de combustion des cylindres 14 du moteur et est refroidie par une circulation transversale dans la deuxième chambre d'eau 22, ce qui permet d'assurer un refroidissement optimal des chambres de combustion, tandis que la partie supérieure de la culasse 16 est refroidie par une circulation longitudinale, ce qui permet d'assurer un dégazage optimal du circuit de refroidissement.
Par ailleurs, la quatrième chambre d'eau 28 communique avec la troisième chambre d'eau par l'intermédiaire d'orifices 31 agencés à ses extrémité longitudinales 32 et de conduits 34 associés qui traversent la deuxième chambre d'eau 22 pour déboucher directement dans la troisième chambre d'eau 24.
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, la deuxième chambre d'eau 22 est alimentée par la première chambre d'eau 20 par l'intermédiaire d'une série d'orifices 36 disposés longitudinalement et en ce qu'elle alimente la troisième chambre d'eau 24 par l'intermédiaire une série d'orifices 38 disposés longitudinalement. Par ailleurs, la quatrième chambre d'eau 28 est alimentée par la deuxième chambre d'eau 22 par l'intermédiaire d'une série d'orifices 40 disposés au moins transversalement. Plusieurs dispositions sont possibles pour la disposition de l'orifice de sortie 26. Celui-ci peut être agencé à une extrémité longitudinale de la troisième chambre d'eau 24, comme représenté à la figure 3, ou en variante (non représentée) être agencé dans une partie intermédiaire de la troisième chambre d'eau 24.
Pour réaliser les deuxième et quatrième chambres d'eau 22, 28, la culasse 16 peut être réalisée en deux parties dont des cavités distinctes sont associées à chacune des troisième et quatrième chambres d'eau 22, 28. En variante, la culasse 1 6 peut être est réalisée en une partie unique à l'intérieur de laquelle des moyens de compartimentage délimitent deux cavités distinctes associées respectivement aux troisième et quatrième chambres d'eau 22, 28.
L'invention permet donc d'améliorer sensiblement le refroidissement d'un moteur thermique 1 0 de véhicule automobile.

Claims

REVENDICATIONS
1. Moteur (10) de véhicule automobile comportant au moins un bloc moteur (12) qui comporte une rangée de cylindres (14) alignés et qui est coiffé d'une culasse (16), dont un circuit de refroidissement interne comporte successivement, d'amont en aval, au moins une pompe (15) de refroidissement, un orifice d'entrée (18), une première chambre d'eau (20) permettant la circulation longitudinale d'un liquide de refroidissement le long d'un côté de la rangée de cylindres (14), une deuxième chambre d'eau (22), permettant la circulation transversale du liquide de refroidissement au travers d'une partie de la culasse (16), une troisième chambre d'eau (24) permettant la circulation longitudinale du liquide de refroidissement le long du côté opposé de la rangée de cylindres (14), et un orifice (26) de sortie, caractérisé en ce que la deuxième chambre d'eau (22) est agencée dans une partie inférieure de la culasse (16) et en ce que le circuit de refroidissement comporte de surcroît une quatrième chambre d'eau (28) qui est agencée dans une partie supérieure de la culasse (16), qui est alimentée en amont par la deuxième chambre d'eau (22), et qui communique en aval directement avec la troisième chambre d'eau (24).
2. Moteur (10) de véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la quatrième chambre d'eau (24) permet la circulation longitudinale du liquide de refroidissement dans la partie supérieure de la culasse (16).
3. Moteur (10) de véhicule selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième chambre d'eau (22) est agencée à proximité des chambres de combustion des cylindres du moteur pour en assurer le refroidissement et en ce que la quatrième chambre d'eau (24) est notamment destinée à assurer le dégazage du circuit de refroidissement.
4. Moteur (10) de véhicule automobile selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la quatrième chambre d'eau (28) communique avec la troisième chambre d'eau (22) par l'intermédiaire d'orifices (31) agencés à ses extrémité longitudinales (32) et de conduits associés (34) qui traversent la deuxième chambre d'eau (22) pour déboucher directement dans la troisième chambre d'eau (24).
5. Moteur (10) de véhicule automobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième chambre d'eau (22) est alimentée par la première chambre d'eau (20) par l'intermédiaire d'une série d'orifices (36) disposés longitudinalement et en ce qu'elle alimente la troisième chambre d'eau (24) par l'intermédiaire une série d'orifices (38) disposés longitudinalement.
6. Moteur (10) de véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la quatrième chambre d'eau (28) est alimentée par la deuxième chambre d'eau (22) par l'intermédiaire d'une série d'orifices (40) disposés au moins transversalement.
7. Moteur (10) de véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'orifice (26) de sortie est agencé à une extrémité longitudinale de la troisième chambre d'eau (24).
8. Moteur (10) de véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'orifice (26) de sortie est agencé dans une partie intermédiaire de la troisième chambre d'eau (24).
9. Moteur (10) de véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la culasse (16) est réalisée en deux parties dont des cavités distinctes sont associées à chacune des troisième et quatrième chambres d'eau (22, 28).
10. Moteur (10) de véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la culasse est réalisée en une partie unique à l'intérieur de laquelle des moyens de compartimentage délimitent deux cavités distinctes associées respectivement aux troisième et quatrième chambres d'eau (22, 24).
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