EP2342435B1 - Dispositif de refroidissement pour moteur a combustion interne - Google Patents

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EP2342435B1
EP2342435B1 EP09760197.5A EP09760197A EP2342435B1 EP 2342435 B1 EP2342435 B1 EP 2342435B1 EP 09760197 A EP09760197 A EP 09760197A EP 2342435 B1 EP2342435 B1 EP 2342435B1
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coolant
cylinder
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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
    • 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
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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
    • F01P2060/00—Cooling circuits using auxiliaries
    • F01P2060/04—Lubricant cooler
    • 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
    • F01P2060/00—Cooling circuits using auxiliaries
    • F01P2060/12—Turbo charger

Definitions

  • the cooling chamber 2 of the cylinder block, the lower chamber 5 for cooling the cylinder head and the upper chamber 6 cooling of the cylinder head are able to be traversed by the cooling fluid.
  • the upper chamber 6 for cooling the cylinder head is thus supplied with cooling fluid by the chamber 2 cooling the cylinder block and therefore no longer needs to be in contact with the cylinder head gasket 7. This avoids the presence of an area of complex geometry in the upper chamber 6 for cooling the cylinder head.
  • the cooling fluid is typically a coolant.
  • the coolant is conveyed into the cooling chamber 2 of the cylinder block by the pump 3. Part of the coolant passes from the cooling chamber 2 of the cylinder block to the lower chamber 5 of the cylinder head. through the orifices 8 located in the cylinder head gasket 7.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)

Description

  • La présente invention concerne un dispositif de refroidissement pour un moteur à combustion interne muni d'un bloc-cylindres et d'une culasse entre lesquels est disposé un joint de culasse. Elle concerne en particulier un dispositif de refroidissement muni d'une enceinte inférieure de refroidissement de la culasse et une enceinte supérieure de refroidissement de la culasse.
  • L'invention trouve notamment une application dans le domaine des moteurs Diesel et des moteurs à allumage commandé de véhicules automobiles.
  • Dans le domaine des dispositifs de refroidissement pour moteur à combustion interne de véhicule automobile, on connaît des réalisations classiques telles que celle représentée partiellement et schématiquement sur la figure 1.
  • Le dispositif de refroidissement 1 comprend une enceinte de refroidissement 2 du bloc-cylindres du moteur, alimentée en liquide de refroidissement par une pompe 3 de liquide de refroidissement via une conduite 4.
  • Le dispositif 1 comprend également une enceinte inférieure 5 de refroidissement de la culasse du moteur et une enceinte supérieure 6 de refroidissement de la culasse disposée globalement au-dessus de l'enceinte inférieure 5. Un joint de culasse 7 est disposé entre l'enceinte de refroidissement 2 du bloc-cylindres et l'enceinte inférieure 5 de refroidissement de la culasse. Le joint de culasse 7 est un joint métalloplastique placé entre la culasse et le bloc-cylindres, et assurant l'étanchéité de la chambre de combustion et des enceintes 2,5,6 de refroidissement, entre elles et vers l'extérieur.
  • L'enceinte de refroidissement 2 du bloc-cylindres, l'enceinte inférieure 5 de refroidissement de la culasse et l'enceinte supérieure 6 de refroidissement de la culasse sont aptes à être traversées par le fluide de refroidissement.
  • Le liquide de refroidissement transite de l'enceinte de refroidissement 2 du bloc-cylindres vers les enceintes inférieure 5 et supérieure 6 de refroidissement de la culasse par l'intermédiaire d'orifices 8 situés dans le joint de culasse 7.
  • Pour pouvoir être alimentée en liquide de refroidissement par les orifices 8 du joint de culasse 7, l'enceinte supérieure 6 de la culasse présente une portion 6a coudée vers le joint de culasse 7. La portion 6a est de géométrie complexe, car elle présente des zones courbées et de faibles dimensions. Cette géométrie particulière complique les procédés de fabrication, ce qui entraîne des coûts supplémentaires. Cette géométrie pose en outre des problèmes de tenue mécanique. Elle induit en effet des contraintes mécaniques qui peuvent conduire à la fissuration de l'enceinte supérieure 6 de la culasse. Enfin, cette géométrie peut provoquer des pertes de charge élevées, ce qui a un impact négatif sur le dimensionnement de la pompe. Un dispositif similaire est montré dans le document EP1612410A1 La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. L'invention propose un dispositif de refroidissement pour moteur à combustion interne permettant d'éviter la formation de ces zones de géométrie complexe dans l'enceinte supérieure de refroidissement de la culasse.
  • L'invention a ainsi pour objet un dispositif de refroidissement pour moteur à combustion interne muni d'un bloc-cylindres et d'une culasse entre lesquels est disposé un joint de culasse, le dispositif comprenant une enceinte de refroidissement du bloc-cylindres, une enceinte inférieure de refroidissement de la culasse et une enceinte supérieure de refroidissement de la culasse, les enceintes inférieure et supérieure de refroidissement de la culasse étant séparées l'une de l'autre et aptes à être traversées par un fluide de refroidissement.
  • Le dispositif selon l'invention comprend au moins une conduite, dite conduite supérieure, contournant le joint de culasse et permettant une circulation de fluide de refroidissement entre l'enceinte de refroidissement du bloc-cylindres et l'enceinte supérieure de refroidissement de la culasse.
  • Ainsi, grâce à la présence de la conduite supérieure, le fluide de refroidissement peut être acheminé depuis l'enceinte de refroidissement du bloc-cylindres jusqu'à l'enceinte supérieure de refroidissement de la culasse, sans qu'il soit nécessaire de réaliser des zones de géométrie complexe dans l'enceinte supérieure de refroidissement de la culasse.
  • Le dispositif peut comprendre en outre au moins une conduite, dite conduite inférieure, contournant le joint de culasse et permettant une circulation de fluide de refroidissement entre l'enceinte de refroidissement du bloc-cylindres et l'enceinte inférieure de refroidissement de la culasse.
  • Au moins un échangeur thermique ou un turbocompresseur peut être interposé le long de la conduite supérieure et/ou inférieure.
  • L'échangeur thermique est avantageusement un échangeur liquide de refroidissement/huile moteur ou un échangeur liquide de refroidissement/gaz EGR.
  • Dans un mode de réalisation, il n'y pas de circulation de fluide de refroidissement entre l'enceinte de refroidissement du bloc-cylindres et les enceintes inférieure et supérieure de refroidissement de la culasse par l'intermédiaire du joint de culasse, ce qui permet d'améliorer l'étanchéité du dispositif et de diminuer les risques d'endommagement de la culasse.
  • L'enceinte inférieure de refroidissement de la culasse est avantageusement couplée à des premiers moyens de régulation de débit de fluide de refroidissement et l'enceinte supérieure de refroidissement de la culasse est avantageusement couplée à des deuxièmes moyens de régulation de débit de fluide de refroidissement. On limite ainsi l'apparition de sur-refroidissements de certaines zones de la culasse du moteur.
  • Le moteur peut être un moteur Diesel.
  • L'invention a également pour objet un véhicule automobile comprenant un dispositif décrit ci-dessus.
  • D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lumière de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
    • la figure 1, déjà décrite, illustre schématiquement une partie d'un dispositif de refroidissement de l'état de la technique,
    • la figure 2a est une vue schématique de face d'un dispositif de refroidissement selon l'invention, conformément à un premier mode de réalisation,
    • la figure 2b est une vue schématique de côté du dispositif de refroidissement, conformément au premier mode de réalisation,
    • la figure 3a est une vue schématique de face d'un dispositif de refroidissement selon l'invention, conformément à une variante du premier mode de réalisation,
    • la figure 3b est une vue schématique de côté du dispositif de refroidissement, conformément à cette variante, et
    • la figure 4 est une vue schématique de face d'un dispositif de refroidissement selon l'invention, conformément à un deuxième mode de réalisation.
  • Un dispositif de refroidissement 1 selon l'invention est représenté sur les figures 2a et 2b, sur lesquelles les éléments identiques à ceux de la figure 1 portent les mêmes références.
  • Le dispositif 1 est tout particulièrement utilisé pour les moteurs Diesel et les moteurs à allumage commandé, mais il pourrait également s'appliquer à tout autre type de moteur à combustion interne, sans sortir du cadre de l'invention.
  • Le dispositif 1 comprend, tel que déjà décrit pour le dispositif de refroidissement illustré à la figure 1, une enceinte de refroidissement 2 du bloc-cylindres du moteur, alimentée en liquide de refroidissement par une pompe 3 de liquide de refroidissement via une conduite 4, une enceinte inférieure 5 de refroidissement de la culasse du moteur et une enceinte supérieure 6 de refroidissement de la culasse disposée globalement au-dessus de l'enceinte inférieure 5, ainsi qu'un joint de culasse 7, disposé entre l'enceinte de refroidissement 2 du bloc-cylindres et l'enceinte inférieure 5 de refroidissement de la culasse, et muni d'orifices 8.
  • L'enceinte inférieure 5 de refroidissement de la culasse du moteur et l'enceinte supérieure 6 de refroidissement de la culasse sont séparées et disposées l'une au-dessus de l'autre, en s'étendant parallèlement et longitudinalement sur toute la longueur du bloc-cylindres du moteur. L'enceinte supérieure 6 de refroidissement de la culasse est en outre reliée à une zone de dégazage 11. Il est possible de n'avoir aucune liaison entre l'enceinte inférieure 5 de refroidissement de la culasse et l'enceinte supérieure 6 de refroidissement de la culasse.
  • Le dispositif 1 n'est pas limité à deux enceintes de refroidissement de la culasse, et pourrait en comporter davantage, de formes quelconques, et réparties de façon optimale pour refroidir les diverses zones de la culasse.
  • Conformément à l'invention, le dispositif 1 comprend également au moins une conduite 9, dite conduite supérieure, contournant le joint de culasse 7 et permettant une circulation de fluide de refroidissement entre l'enceinte 2 de refroidissement du bloc-cylindres et l'enceinte supérieure 6 de refroidissement de la culasse.
  • L'enceinte supérieure 6 de refroidissement de la culasse est ainsi alimentée en fluide de refroidissement par l'enceinte 2 de refroidissement du bloc-cylindres et n'a donc plus besoin d'être en contact avec le joint de culasse 7. On évite ainsi la présence d'une zone de géométrie complexe dans l'enceinte supérieure 6 de refroidissement de la culasse.
  • Le dispositif 1 peut comprendre une deuxième conduite supérieure 10 reliant l'enceinte 2 de refroidissement du bloc-cylindres et l'enceinte supérieure 6 de refroidissement de la culasse, tel qu'illustré à la figure 2b. Les deux conduites supérieures 9,10 sont disposées de part et d'autre de l'enceinte 2 de refroidissement du bloc-cylindres.
  • Le fluide de refroidissement est typiquement un liquide de refroidissement. Le liquide de refroidissement est acheminé dans l'enceinte 2 de refroidissement du bloc-cylindres par la pompe 3. Une partie du liquide de refroidissement transite de l'enceinte de refroidissement 2 du bloc-cylindres vers l'enceinte inférieure 5 de la culasse par l'intermédiaire des orifices 8 situés dans le joint de culasse 7.
  • Grâce à la première conduite supérieure 9, une autre partie du liquide de refroidissement passe de l'enceinte 2 de refroidissement du bloc-cylindres à l'enceinte supérieure 6 de refroidissement de la culasse en alimentant un échangeur 12 liquide de refroidissement/huile moteur et un turbocompresseur 13.
  • Enfin, grâce à la deuxième conduite supérieure 10, une autre partie du liquide de refroidissement passe de l'enceinte 2 de refroidissement du bloc-cylindres à l'enceinte supérieure 6 de refroidissement de la culasse en alimentant un échangeur 14 liquide de refroidissement/gaz EGR.
  • L'échangeur 12 liquide de refroidissement/huile moteur est destiné à réaliser des échanges thermiques entre le liquide de refroidissement et l'huile moteur. Le liquide de refroidissement assure également le refroidissement du turbocompresseur 13, qui est typiquement le turbocompresseur destiné à comprimer un mélange d'air et de carburant vaporisé vers la chambre de combustion du moteur. L'échangeur 14 de refroidissement/gaz EGR assure quant à lui le refroidissement des gaz EGR. Il est en effet connu d'équiper les moteurs thermiques à combustion interne à essence ou Diesel d'un système à recirculation de gaz d'échappement, également appelé EGR pour « Exhaust Gas Recirculation » en langue anglaise, qui se traduit en français par « recirculation de gaz d'échappement ». Le principe d'un système EGR consiste à prélever une partie des gaz d'échappement, comportant des gaz inertes, pour la faire recirculer dans le circuit d'admission. La présence en zone d'admission des gaz inertes des gaz d'échappement permet de ralentir la vitesse de combustion et d'absorber les calories, et entraîne ainsi une baisse de l'émission des oxydes d'azote.
  • Une partie du liquide de refroidissement circulant dans l'enceinte supérieure 6 de refroidissement de la culasse est dirigée vers la zone de dégazage 11 via une conduite 15. La zone de dégazage 11, également appelée bocal de dégazage, sert à l'introduction du liquide de refroidissement dans la dispositif 1. Elle permet également l'évacuation des bulles de vapeur d'eau piégées dans le liquide de refroidissement.
  • Dans le dispositif 1 illustré sur les figures 2a et 2b, l'enceinte 2 de refroidissement du bloc-cylindres n'est pas reliée à l'enceinte inférieure 5 de refroidissement de la culasse.
  • On peut relier l'enceinte 2 de refroidissement du bloc-cylindres à l'enceinte supérieure 6 de refroidissement de la culasse à l'aide d'une ou plusieurs conduites supérieures 9,10. On peut également relier l'enceinte 2 de refroidissement du bloc-cylindres à l'enceinte inférieure 5 de refroidissement de la culasse à l'aide d'une ou plusieurs conduites inférieures.
  • Ainsi, dans la variante illustrée sur les figures 3a et 3b, sur lesquelles les éléments identiques à ceux des figures 2a et 2b portent les mêmes références, l'enceinte 2 de refroidissement du bloc-cylindres est reliée à l'enceinte supérieure 6 de refroidissement de la culasse à l'aide d'une unique conduite supérieure 10. L'enceinte 2 de refroidissement du bloc-cylindres est reliée à l'enceinte inférieure 5 de refroidissement de la culasse à l'aide d'une première conduite inférieure 16 et d'une deuxième conduite inférieure 17.
  • Le liquide de refroidissement est acheminé dans l'enceinte 2 de refroidissement du bloc-cylindres par la pompe 3. Une partie du liquide de refroidissement transite de l'enceinte de refroidissement 2 du bloc-cylindres vers l'enceinte inférieure 5 de la culasse par l'intermédiaire des orifices 8 situés dans le joint de culasse 7.
  • Grâce à la première conduite inférieure 16, une autre partie du liquide de refroidissement passe de l'enceinte 2 de refroidissement du bloc-cylindres à l'enceinte inférieure 5 de refroidissement de la culasse via l'échangeur 12 liquide de refroidissement/huile moteur.
  • Grâce à la deuxième conduite inférieure 17, une autre partie du liquide de refroidissement passe de l'enceinte 2 de refroidissement du bloc-cylindres à l'enceinte inférieure 5 de refroidissement de la culasse via l'échangeur 14 liquide de refroidissement/gaz EGR.
  • Grâce à la conduite supérieure 10, une autre partie du liquide de refroidissement passe de l'enceinte 2 de refroidissement du bloc-cylindres à l'enceinte supérieure 6 de refroidissement de la culasse via le turbocompresseur 13.
  • Une partie du liquide de refroidissement circulant dans l'enceinte supérieure 6 de refroidissement de la culasse est dirigée vers la zone de dégazage 11 via la conduite 15.
  • On peut ainsi envisager toute disposition des échangeurs thermiques 12,14 et du turbocompresseur 13 dans le dispositif de refroidissement 1. On peut également envisager de disposer d'autres échangeurs thermiques et/ou d'autres appareils à refroidir le long des conduites inférieures et supérieures du dispositif de refroidissement.
  • Dans un autre mode de réalisation, tel qu'illustré à la figure 4, sur laquelle les éléments identiques à ceux de la figure 3a portent les mêmes références, l'enceinte inférieure 5 de refroidissement de la culasse est couplée à des premiers moyens 18 de régulation de débit de liquide de refroidissement et l'enceinte supérieure 6 de refroidissement de la culasse est couplée à des deuxièmes moyens 19 de régulation de débit de liquide de refroidissement.
  • Les premiers moyens 18 de régulation de débit de liquide de refroidissement et les deuxièmes moyens 19 de régulation de débit de liquide de refroidissement peuvent être une vanne, un thermostat, ou tout autre système de contrôle de débit à la sortie de chaque enceinte 5,6 de refroidissement de la culasse.
  • La culasse du moteur ainsi équipé des premiers 18 et deuxièmes moyens 19 de régulation de débit de liquide de refroidissement est refroidie à l'aide des deux enceintes 5,6 de refroidissement de la culasse. Le débit de fluide de refroidissement à travers ces deux enceintes 5,6 peut être régulé, pour chacune d'entre elles, de façon indépendante ou très faiblement liée. Ainsi, avec un tel agencement, le dispositif présente deux enceintes 5,6 de refroidissement de la culasse susceptible d'être traversées chacune par un débit différent, l'un quelconque de ces débits étant apte à subir une variation sans influer ou n'influant que très faiblement sur la valeur de l'autre débit. De cette manière, le dispositif 1 permet de diminuer considérablement les sur-refroidissements de certaines zones de la culasse, en modulant l'intensité de refroidissement suivant la zone considérée.
  • Ainsi, en disposant les enceintes 5,6 de façon optimale en fonction de la nature des diverses zones à refroidir de la culasse, il est possible de réduire fortement les problèmes liés à la consommation inutile d'énergie de pompage et au ralentissement de la montée en température des zones près de l'échappement.
  • Il est par ailleurs à noter que le dégazage de l'enceinte inférieure 5 de refroidissement de la culasse peut être effectué soit avec des liaisons entre l'enceinte inférieure 5 de refroidissement de la culasse et l'enceinte supérieure 6 de refroidissement de la culasse, soit avec une géométrie particulière de l'enceinte inférieure 5 de refroidissement de la culasse (comprenant par exemple une ou plusieurs lignes de dégazage), soit en reliant un point haut de l'enceinte inférieure 5 de refroidissement de la culasse au bocal de dégazage 11.

Claims (8)

  1. Dispositif de refroidissement (1) pour moteur à combustion interne muni d'un bloc-cylindres et d'une culasse entre lesquels est disposé un joint de culasse (7), le dispositif (1) comprenant une enceinte (2) de refroidissement du bloc-cylindres, une enceinte inférieure (5) de refroidissement de la culasse et une enceinte supérieure (6) de refroidissement de la culasse, les enceintes inférieure (5) et supérieure (6) de refroidissement de la culasse étant séparées l'une de l'autre et aptes à être traversées par un fluide de refroidissement, caractérisé en ce que l'enceinte supérieure (6) de refroidissement de la culasse est alimentée en fluide de refroidissement du bloc-cylindres grâce à une conduite (9,10), dite conduite supérieure, contournant le joint de culasse.
  2. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une conduite (16,17), dite conduite inférieure, contournant le joint de culasse (7) et permettant une circulation de fluide de refroidissement entre l'enceinte (2) de refroidissement du bloc-cylindres et l'enceinte inférieure (5) de refroidissement de la culasse.
  3. Dispositif (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins un échangeur thermique (12,14) ou un turbocompresseur (13) est interposé le long de la conduite supérieure (9,10) et/ou inférieure (16,17).
  4. Dispositif (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'échangeur thermique (12,14) est un échangeur (12) liquide de refroidissement/huile moteur ou un échangeur (14) liquide de refroidissement/gaz EGR.
  5. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il n'y pas de circulation de fluide de refroidissement entre l'enceinte (2) de refroidissement du bloc-cylindres et les enceintes inférieure (5) et supérieure (6) de refroidissement de la culasse par l'intermédiaire du joint de culasse (7).
  6. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'enceinte inférieure (5) de refroidissement de la culasse est couplée à des premiers moyens (18) de régulation de débit de fluide de refroidissement et en ce que l'enceinte supérieure (6) de refroidissement de la culasse est couplée à des deuxièmes moyens (19) de régulation de débit de fluide de refroidissement.
  7. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le moteur est un moteur Diesel.
  8. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 7.
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