EP4198290A1 - Culasse d'un moteur à combustion interne - Google Patents

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Publication number
EP4198290A1
EP4198290A1 EP22210467.1A EP22210467A EP4198290A1 EP 4198290 A1 EP4198290 A1 EP 4198290A1 EP 22210467 A EP22210467 A EP 22210467A EP 4198290 A1 EP4198290 A1 EP 4198290A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
thermal regulation
cylinder head
regulation circuit
heating
heat transfer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22210467.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Olivier Beisbardt
Eric Dumas
Jean-Louis Gratian
William POMMERY
Vincent PRUVOT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
New H Powertrain Holding SLU
Original Assignee
Renault SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renault SAS filed Critical Renault SAS
Publication of EP4198290A1 publication Critical patent/EP4198290A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/26—Cylinder heads having cooling means
    • F02F1/36—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling
    • 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
    • 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 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/243—Cylinder heads and inlet or exhaust manifolds integrally cast together
    • 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
    • F01P2003/024—Cooling 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
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P2007/146—Controlling of coolant flow the coolant being liquid using valves

Definitions

  • the present invention falls within the field of heat engine cylinder head assemblies fitted to motor vehicles.
  • Heat engines generally include an engine block and a cylinder head covering the engine block. These two elements composing the heat engine participate in delimiting combustion chambers in which combustion of a mixture of air and fuel is carried out so as to produce the movement of the corresponding piston and generate the mechanical energy necessary to rotate a heat engine crankshaft.
  • Fuel is injected into the combustion chamber by means of intake valves whose movement is generated by the rotation of a camshaft, which may in particular be arranged in the upper part of the cylinder head, at the opposite the engine block.
  • a cylinder head cover can be attached to cover the cylinder head to seal a chamber for receiving the camshaft.
  • each combustion chamber tends to increase the temperature within the engine block and the cylinder head. It is therefore known to equip heat engines with a cooling system which comprises at least one thermal regulation circuit within which cooling fluid is able to circulate. Within the cylinder head is formed at least one circulation chamber connected to the thermal regulation circuit and therefore capable of being traversed by the cooling fluid, the circulation chamber being defined within the cylinder head in the vicinity of at least one wall delimiting a combustion chamber so that the cooling fluid circulating through the circulation chamber can evacuate the calories generated within the combustion chamber.
  • the cooling system is also connected to a heat exchanger of a ventilation, heating and/or air conditioning system so that the cooling fluid, after having been heated in contact with the components of the cylinder head, thermally regulates a flow of air passing through the heat exchanger and intended to circulate towards the passenger compartment of the vehicle.
  • a ventilation, heating and/or air conditioning system so that the cooling fluid, after having been heated in contact with the components of the cylinder head, thermally regulates a flow of air passing through the heat exchanger and intended to circulate towards the passenger compartment of the vehicle.
  • the main subject of the present invention is a cylinder head of an internal combustion engine of a vehicle comprising at least one combustion chamber extending through an internal volume of the cylinder head and an exhaust outlet extending from the at least one combustion chamber towards the outside of the cylinder head, at least one wall of the cylinder head helping to delimit the at least one combustion chamber being hollowed out to form a circulation channel for a first heat transfer fluid forming part of a first thermal regulation circuit, characterized in that it comprises a second thermal regulation circuit distinct from the first thermal regulation circuit and in which a second heat transfer fluid is able to circulate, the second regulation circuit heat being disposed in the vicinity of the exhaust outlet.
  • the cylinder head comprises several combustion chambers which respectively form a hollow within the same wall, the wall being moreover dug with a continuous channel extending in the vicinity of each of the combustion chambers and participating in forming the first circuit of thermal regulation.
  • the first heat transfer fluid circulating in the first thermal regulation circuit is in contact with the wall delimiting the combustion chambers and makes it possible to thermally regulate the combustion chambers, or at least the wall participating in delimiting the combustion chambers.
  • the combustion chambers are intended to accommodate the combustion of a fuel and are thus subjected to high temperatures during operation of the heat engine, and the first thermal regulation circuit has the main function of thermally regulating the combustion chambers in order to prevent them from reaching a temperature increasing the risk of degradation of said combustion chambers.
  • the first thermal regulation circuit generally takes the form of a channel extending longitudinally between the longitudinal ends of the cylinder head through a wall of the casing, the first heat transfer fluid circulating in the channel of a longitudinal end of the cylinder head to the other.
  • the heat transfer fluid thus heated can then circulate towards a heat exchanger of a ventilation, heating and/or air conditioning system where it is intended to transfer calories to the air intended for the passenger compartment.
  • the heat transfer fluid thus cooled is driven again in circulation towards the first thermal regulation circuit in the cylinder head.
  • the second thermal regulation circuit is distinct from the first thermal regulation circuit, that is to say that within the cylinder head, the heat transfer fluids circulating through each of the thermal regulation circuits do not enter not in touch.
  • the first thermal regulation circuit and the second thermal regulation circuit are physically separated by a wall of the material making up the cylinder head.
  • the first thermal regulation circuit and the second thermal regulation circuit are thermally insulated from each other, that is to say that there is a limitation of the heat exchange between the heat transfer fluids circulating within each of the thermal regulation ducts.
  • the second thermal regulation circuit is configured to be connected to a heat exchanger at the level of which the second heat transfer fluid yields calories to the benefit of another fluid, which can for example be a flow of air circulating through a ventilation, heating and/or air conditioning system intended for a passenger compartment of the vehicle. It is understood here that the second heat transfer fluid thus participates in heating the passenger compartment, in particular from the calories originating from the exhaust gases.
  • the second heat transfer fluid captures calories from the exhaust gases flowing through the exhaust outlet, these calories being able to be captured as soon as the exhaust gases are produced, that is to say when the engine is started. internal combustion engine. It is understood from this that the second heat transfer fluid is able to heat the flow of air intended for the passenger compartment by circulating in the heat exchanger as soon as the vehicle is started, thus facilitating the immediate heating of the passenger compartment.
  • the cylinder head comprises several longitudinal walls, among which a longitudinal end wall participating in defining an envelope of the cylinder head and into which the exhaust outlet opens, the second thermal regulation circuit extending in the thickness of the longitudinal wall end.
  • the longitudinal end wall here corresponds to the wall of the casing through which the exhaust outlet extends, so that the exhaust outlet passes through said wall from the inside towards the outside of the cylinder head. end longitudinal.
  • the longitudinal end wall may in particular extend at least along a main extension dimension of the yoke.
  • the cylinder head comprises at least one heating inlet and one heating outlet intended to be fluidically connected to a heating system of a passenger compartment of the vehicle, the second thermal regulation circuit extending between the heating inlet and the heating outlet passing at least partly around the exhaust outlet of the cylinder head.
  • the second heat transfer fluid thus circulates through the second thermal regulation circuit from the heating inlet to the heating outlet, passing around the exhaust outlet of the cylinder head.
  • the second heat transfer fluid is capable of capturing the calories originating from the exhaust gases flowing through the exhaust outlet.
  • the arrangement of the second thermal regulation circuit around the exhaust outlet consequently optimizes the capture of calories by the second heat transfer fluid while tolerating a compactness of the cylinder head acceptable for automobile manufacturers.
  • the cylinder head comprises two side walls each extending in a plane secant to the main extension dimension of the cylinder head at one of the longitudinal ends of the longitudinal end wall, the heating inlet being disposed on the longitudinal end wall while the heating outlet is disposed on either of the side walls.
  • the side walls here correspond to the walls longitudinally delimiting the cylinder head, and advantageously extend in a plane substantially perpendicular to the main direction of extension of the cylinder head.
  • the second thermal regulation circuit comprises a first conduit and a second conduit extending in the thickness of the longitudinal end wall, the first conduit and the second conduit extending from the heating inlet to the heating outlet through the longitudinal end wall, the first conduit and the second conduit diverging locally passing on either side of the exhaust outlet.
  • the first duct and the second duct extend longitudinally between the heating inlet and the heating outlet on either side of the exhaust outlet, the ducts diverging each other to surround the exhaust outlet.
  • the ducts approach each other as they approach the heating inlet and/or the heating outlet from the exhaust outlet.
  • the first duct and/or the second duct extend mainly along the main direction of extension of the cylinder head.
  • the first duct and the second duct each comprise a spacer portion around the exhaust outlet, the spacer portions being offset vertically with respect to the heating outlet.
  • the heating outlet can be arranged above the spacing portions of the two ducts in the vertical direction. This particular arrangement allows in particular the gas present in the ducts, and/or the gas formed during the circulation of the second heat transfer fluid within the ducts to be able to circulate easily through the second thermal regulation circuit between the heating inlet and the outlet. heating to be evacuated from the second thermal control circuit through the heating output.
  • the heating inlet is offset vertically with respect to the spacer portion of at least the second conduit. More particularly, the heating inlet is arranged below the spacer portion of the second duct in the vertical direction. It is thus understood that the spacer portion is arranged vertically between the heating inlet and the heating outlet, promoting the circulation of fluids in the gaseous state from the heating inlet to the heating outlet.
  • a minimum dimension measured between the second thermal regulation circuit and the first thermal regulation circuit is at least two millimeters.
  • This minimum dimension may in particular be at least 5 mm. This particular dimension forms a good compromise between optimum compactness of the cylinder head carrying the two thermal regulation circuits and good thermal insulation.
  • the second thermal regulation circuit is offset transversely with respect to the first regulation circuit thermal. It is understood by “transversely” that the offset is assessed along a direction perpendicular to the main extension plane of the longitudinal wall.
  • the second thermal regulation circuit is configured to be fluidically connected to a pass of a heat exchanger of a ventilation, heating and/or air conditioning system of the vehicle, the fluid coolant circulating in the second thermal regulation circuit being capable of exchanging calories with another fluid circulating in a second pass of said heat exchanger.
  • the present invention also relates to a cylinder head assembly of an internal combustion engine comprising a cylinder head characterized according to any one of the preceding characteristics and a cylinder head cover participating in covering at least part of the internal volume of the cylinder head, the cylinder head cover participating in defining at least in part the first thermal regulation circuit.
  • the invention also relates to a thermal regulation system comprising a first thermal regulation loop, of which the first thermal regulation circuit is a constituent, and a second thermal regulation loop, of which the second thermal regulation circuit is constituent, the first thermal regulation comprising, outside the cylinder head, at least one pumping member configured to drive the first heat transfer fluid in circulation at least through the first thermal regulation loop and the second thermal regulation loop comprising, outside the cylinder head at least one pumping device configured to force the circulation of the second heat transfer fluid within the second thermal regulation loop, the thermal regulation system being configured to selectively cause the first heat transfer fluid and the second heat transfer fluid to circulate.
  • the first thermal regulation loop also comprises, outside the cylinder head, a first line and a second line each extending from one of the ends of the first thermal regulation circuit and to the other end of the first thermal regulation circuit, said ends of the first thermal regulation circuit being formed by a fluid inlet and a fluid outlet.
  • the bifurcation between the first line, the second line and the fluid outlet of the first thermal regulation circuit is made in a regulation box installed against one of the side walls of the envelope. arranged at the longitudinal ends of the cylinder head.
  • the first thermal regulation loop comprises a tank arranged on the first line and a heat exchanger installed on the second line.
  • the second thermal regulation loop also comprises, outside the cylinder head, a heating pipe extending between the heating outlet and the heating inlet of the cylinder head, the heat exchanger and the pumping device being installed on the heating pipe.
  • the thermal regulation system comprises a first return pipe and a second return pipe each extending between the two thermal regulation loops.
  • the first return pipe extends from the heating pipe as far as the pumping member arranged on the first thermal regulation loop and the second return pipe extends between the first thermal control circuit and the heating line.
  • the invention also relates to a method for thermal regulation of a cylinder head characterized according to any one of the preceding characteristics, comprising a start-up phase during which the second heat transfer fluid circulates through the second thermal regulation circuit by capturing calories coming from the gases flowing through the exhaust outlet to then yield them to another fluid, and a rolling phase during which the first fluid circulates through the first thermal regulation circuit by capturing calories from the at least one combustion chamber to then yield them to the other fluid.
  • variants of the invention may be associated with each other, in various combinations, insofar as they are not incompatible or exclusive with respect to each other.
  • variants of the invention may be imagined comprising only a selection of characteristics described below in isolation from the other characteristics described, if this selection of characteristics is sufficient to confer a technical advantage and/or to differentiate the invention. compared to the prior art.
  • a longitudinal direction corresponds to a main direction of elongation of the cylinder head, this longitudinal direction being parallel to a longitudinal axis L of an L, V, T illustrated in the figures.
  • a transverse direction corresponds to a direction along which an exhaust gas outlet of the cylinder head mainly extends, this transverse direction being parallel to a transverse axis T of the mark L, V, T and this transverse axis T being perpendicular to the longitudinal axis L.
  • a vertical direction corresponds to a direction parallel to a vertical axis V of the reference L, V, T, this vertical axis V being perpendicular to the longitudinal axis L and the transverse axis T.
  • upstream and downstream used in the remainder of the description refer to the direction of circulation of a cooling fluid and/or of a caloric fluid through the thermal regulation device.
  • a cylinder head assembly of a combustion engine of a motor vehicle comprising at least one cylinder head 1 and one cylinder head cover 2.
  • This cylinder head assembly is intended to be mounted on an engine block, and the cylinder head cover 2 and the cylinder head 1 are arranged one above the other vertically to form the cylinder head assembly arranged above the engine block, not shown here.
  • the cylinder head 1 and the cylinder head cover 2 define between them at least one zone for receiving a camshaft and the valves of the heat engine, not shown in all the figures.
  • the cylinder head assembly, and in fact the cylinder head 1 and the cylinder head cover 2 extend mainly along a direction of main elongation substantially parallel to the longitudinal direction L. More particularly this main dimension of the assembly cylinder head is parallel to the direction of elongation of the camshaft intended to be housed in the reception area provided between the cylinder head and the cylinder head cover.
  • Cylinder head 1 comprises an envelope 4 defining an internal volume of cylinder head 1, at least one combustion chamber 6 extending through the internal volume of cylinder head 1 and configured to receive a piston, and an exhaust outlet 8 s extending from the at least one combustion chamber 6 towards the outside of the cylinder head 1.
  • the cylinder head 1 globally takes on a parallelepipedic shape with several longitudinal walls 10 extending at least along the longitudinal direction L and extending more particularly mainly in a longitudinal and vertical plane.
  • the cylinder head 1 also comprises two side walls 12 each extending in a transverse and vertical plane, the longitudinal walls 10 of the casing 4 extending longitudinally between the side walls 12.
  • the side walls 12 are arranged at the ends longitudinal sections of the cylinder head 1, and the longitudinal walls extend longitudinally from one side wall to the other.
  • this longitudinal wall end 10 is specific in that the previously mentioned exhaust outlet 8 emerges through this longitudinal end wall 10.
  • the cylinder head 1 comprises several combustion chambers 6 extending partly in the internal volume defined at least partially by the casing 4. More particularly, the combustion chambers 6 are formed within the cylinder head and delimited by walls longitudinal sections helping to define the envelope.
  • the combustion chambers 6 are each intended to receive a piston, set in motion in particular by the camshaft between an injection position and an exhaust position.
  • the combustion chambers 6 are fluidly connected to the exhaust outlet 8, through which the exhaust gas formed during the combustion of a fuel in the combustion chambers 6 is evacuated.
  • the exhaust outlet 8 has the function of guiding the exhaust gas, a waste resulting from the combustion of the fuel, from the combustion chambers 6 towards the outside of the cylinder head 1 and of the engine block.
  • the exhaust outlet 8 extends through the longitudinal end wall 10, and a characteristic of the invention will subsequently be described according to which the cylinder head comprises a circuit of thermal regulation specifically formed within the cylinder head and in particular in this longitudinal end wall 10 to be as close as possible to the exhaust outlet 8.
  • the invention aims to protect the formation of a thermal regulation circuit specific as close as possible to the exhaust outlet and that without departing from the context of the invention, the exhaust outlet could open out into another wall, for example a side wall, since the specific thermal regulation circuit is then formed particularly in this other wall to be as close as possible to the exhaust outlet.
  • the cylinder head 1 comprises a first thermal regulation circuit 14 in which a first heat transfer fluid circulates and a second thermal regulation circuit 16 in which a second heat transfer fluid circulates, the second thermal regulation circuit 16 being distinct from the first thermal regulation circuit 14. It is understood that within the cylinder head 1, the first heat transfer fluid and the second heat transfer fluid are not in contact and do not mix.
  • the first heat transfer fluid and the second heat transfer fluid can be water, for example with the addition of ethylene glycol or propylene glycol.
  • the first heat transfer fluid and the second heat transfer fluid may have a different composition from each other or the same composition without thereby departing from the scope of the invention.
  • the first thermal regulation circuit 14 extends within the internal volume of the cylinder head, in several constituent walls of the casing 4 and participating in delimiting the at least one combustion chamber 6.
  • the first thermal regulation circuit is in particular formed by circulation channels of the first heat transfer fluid dug within the constituent walls.
  • the first thermal regulation circuit 14 extends in particular through a bottom wall 18 of the casing 4, namely a wall delimiting the cylinder head assembly facing the engine block, the bottom wall 18 corresponding to one of the longitudinal walls 10 but different from the longitudinal end wall 10 into which the exhaust outlet opens, the arrangement of the first thermal regulation circuit 14 through the longitudinal end wall 10 being particularly visible on the figure 6 .
  • the first heat transfer fluid circulating through the first thermal regulation circuit 14 is in this context intended to circulate along at least a part of each of the combustion chambers 6.
  • the first thermal regulation circuit 14 extends longitudinally between the two side walls 12 of the casing 4. Through this circulation, the first heat transfer fluid captures calories from each of the combustion chambers 6 and then evacuates them to a cooling system.
  • thermal regulation 38 arranged outside the cylinder head assembly and fluidly connected to the first thermal regulation circuit 14. In other words, the first heat transfer fluid contributes to cooling the combustion chambers 6 and thus avoiding the temperature rise of the burning 6.
  • the cylinder head 1 can be associated with a box 20 for regulating the circulation of the first heat transfer fluid, shown schematically in the figure 7 .
  • This regulation box 20 can be arranged on one or the other of the walls delimiting the casing 4 of the cylinder head and for example on one of the side walls 12.
  • one of the side walls 12 has on an outer face a space 22 for receiving the regulation box 20, the latter being installed against the outer face of the said side wall 12 and fixed to the cylinder head 1 by means known to the skilled in the art such as by screwing for example.
  • the cylinder head according to the invention is particular in that it comprises a second thermal regulation circuit 16 which is separate from the first thermal regulation circuit 14 and more particularly, it is notable that this second circuit thermal regulation 16 is arranged within a specific wall of the cylinder head so that the second heat transfer fluid which is intended to circulate in this second thermal regulation circuit 16 can effectively exchange calories with the gases circulating in the exhaust outlet 8.
  • the second thermal regulation circuit 16 is separate from the first thermal regulation circuit 14, that is to say that within the cylinder head 1, the heat transfer fluids circulating through each of the thermal regulation circuits n do not come into contact. A wall of the cylinder head participates in physically separating these two thermal regulation circuits.
  • the first thermal regulation circuit 14 and the second thermal regulation circuit 16 are thermally insulated from each other, that is to say that there is a limitation of the thermal exchanges between the heat transfer fluids circulating within each of the thermal regulation ducts.
  • first thermal regulation circuit 14 reduces the risk of heat exchange between the two heat transfer fluids, each of the fluids not having the same function within the cylinder head 1.
  • a minimum dimension measured between the second thermal regulation circuit 16 and the first thermal regulation circuit 14 is at least two millimeters.
  • this minimum dimension is at least 5 mm.
  • This dimension represents here a good compromise to obtain on the one hand an optimized compactness of the cylinder head 1 carrying the two thermal regulation circuits and on the other hand a good thermal insulation between the heat transfer fluids, thus avoiding thermal interactions and exchanges of calories from one heat transfer fluid to another.
  • This minimum difference is in particular made possible by a spatial configuration, within the cylinder head, of the two thermal regulation circuits, with the first thermal regulation circuit which extends within the cylinder head around the combustion chambers and the second circuit thermal regulation circuit which extends in the longitudinal end wall 10.
  • the second thermal regulation circuit 16 is thus offset as a whole, here transversely, with respect to the first thermal regulation circuit 14. that the offset is assessed along a direction perpendicular to the main extension plane of the longitudinal wall 10 in which the second thermal regulation circuit 16 extends. And it should be noted that this is the whole of the second thermal regulation circuit which is offset transversely, in being housed in the longitudinal end wall 10, with respect to the first thermal regulation circuit.
  • the second thermal regulation circuit 16 is configured to be connected to a heat exchanger 24 at the level of which the second heat transfer fluid transfers calories to the benefit of another fluid, which can for example be a flow of air circulating through a ventilation, heating and/or air conditioning system intended for a passenger compartment of the vehicle. It is understood here that the second heat transfer fluid thus participates in heating the passenger compartment thanks to the calories coming from the exhaust gases.
  • a thermal regulation system in the context of the invention can selectively cause the first heat transfer fluid or the second heat transfer fluid to circulate in the direction of a heat exchanger 24 outside the engine block and choose the heat transfer fluid to be circulated in depending on the condition of the vehicle.
  • the thermal regulation system favors the circulation of the second heat transfer fluid when the vehicle is started, so that the latter captures the calories coming from the exhaust gases circulating through the exhaust outlet 8 as soon as the combustion engine is started. internal.
  • the cylinder head 1 comprises in particular at least one heating inlet 26 and one heating outlet 28 intended to be fluidically connected to a heating system of a passenger compartment of the vehicle, the second thermal regulation circuit 16 extending between the heating inlet 26 and the heating outlet 28 passing at least partly around the exhaust outlet 8 of the cylinder head 1.
  • the second heat transfer fluid thus circulates through the second thermal regulation circuit 16 from the inlet of heater 26 to heater outlet 28 passing around exhaust outlet 8 of cylinder head 1.
  • the heating inlet 26 is arranged on the longitudinal end wall 10, namely the wall into which the exhaust outlet 8 opens, while the heating outlet 28 is arranged on one or other of the side walls 12.
  • This particular arrangement also makes it possible to facilitate the mounting of the cylinder head 1 on a vehicle, thus facilitating the necessary connections with the various systems through which the first and/or the second heat transfer fluid circulates.
  • a cylinder head 1 whose heating inlet 26 and/or heating outlet 28 would be arranged on a wall other than those which have just been mentioned would not thereby depart from the context of the invention.
  • the second thermal regulation circuit 16 comprises a first conduit 30 and a second conduit 32 extending in the thickness of the longitudinal end wall 10 mainly along the main direction of extension of the cylinder head 1, i.e. along the longitudinal direction L, as seen in the figure 5 .
  • the first conduit 30 and the second conduit 32 extend from the heating inlet 26 to the heating outlet 28 through the longitudinal end wall 10, the first conduit 30 and the second conduit 32 diverging locally from each other to pass on either side of the exhaust outlet 8. It is understood that the first conduit 30 and the second conduit 32 both lead on the one hand to the heating inlet 26 and on the other hand on the heating outlet 28. In this configuration, the second heat transfer fluid circulates in one and the other of the conduits.
  • each of the ducts 30, 32 of this second thermal regulation circuit 16 distal portions 34 which extend directly in the extension of the heating inlet 26 or of the heating outlet 28 and which are directed towards the exhaust outlet 8, and a spacer portion 36 which extends between two distal portions in the zone of the exhaust outlet 8.
  • the distal portions 34 of each of the ducts extend along of the corresponding distal portion 34 of the other duct, while the spacing portion 36 of each of the ducts extends away from then approaching the other spacing portion 36 of the other duct of so as to frame at least partially around the exhaust outlet 8.
  • conduits 30, 32 approach each other as they approach the heating inlet 26 and/or the heating outlet 28 from the exit zone of exhaust 8.
  • a diagram of the circulation of fluids is particularly visible on the picture 3 , which is a representation of the thermal regulation circuits 14, 16 identified by the heat transfer fluid circulating within these circuits without the walls 10 delimiting these circuits being visible here. It is more particularly visible that the second circuit 16 is independent of the first circuit 14, that is to say that there is no fluid communication between the first circuit 14 and the second circuit 16 within the cylinder head 1, the second circuit 16 being offset transversely with respect to the first circuit 14.
  • first conduit 30 extends partly above the exhaust outlet 8 and the second conduit 32 extends partly below the exhaust outlet 8.
  • the spacing portions 36 of the two conduits 30, 32 of this second thermal regulation circuit 16 are offset vertically with respect to the heating outlet 28. More particularly, the heating outlet 28 is arranged above the spacing portions 36 of the two ducts 30, 32 in the vertical direction V.
  • This particular arrangement allows in particular the gas present in the ducts 30, 32 and/or the gas formed during the circulation of the second heat transfer fluid within conduits 30, 32 to be able to circulate easily through the second thermal regulation circuit 16 between the heating inlet 26 and the heating outlet 28 in order to be evacuated from the second thermal regulation circuit 16 through the heating outlet 28 .
  • the heating inlet 26 is offset vertically with respect to the spacer portion 36 of at least the second conduit 32. More particularly, the heating inlet 26 is arranged below the portion of spacing 36 of the second conduit 32 in the vertical direction V. It is thus understood that the spacing portion 36 is arranged vertically between the heating inlet 26 and the heating outlet 28, promoting the circulation of fluids in the gaseous state from heating input 26 to heating output 28.
  • FIG 7 represents a general diagram of a thermal regulation system 38 comprising the first thermal regulation circuit 14 and the second thermal regulation circuit 16, and the circulation of the first heat transfer fluid and of the second heat transfer fluid within such a system.
  • the thermal regulation system 38 here comprises a first thermal regulation loop 40 of which the first thermal regulation circuit 14 is constituent and a second thermal regulation loop 42 of which the second thermal regulation circuit 16 is constituent.
  • the first thermal regulation loop 40 comprises, in addition to the first thermal regulation circuit 14, a first line 44 and a second line 46 each extending from one of the ends of the first thermal regulation circuit 14 and up to the other end of the first thermal regulation circuit 14. It is understood here that the first thermal regulation circuit 14 has a fluid inlet 48 and a fluid outlet 50 representing the ends of the first thermal regulation circuit 14 mentioned above.
  • the junction between the first line 44, the second line 46 and the The fluid outlet 50 of the first thermal regulation circuit 14 is in particular made in the regulation box 20 installed against one of the side walls 12 of the casing 4.
  • the first thermal regulation loop 40 comprises a reservoir 52 arranged on the first line 44, a heat exchanger 54 installed on the second line 46 and a pumping device 56 arranged at the fluid inlet 48 of the first thermal regulation circuit 14
  • the pumping member 56 drives the first heat transfer fluid in circulation at least through the first thermal regulation loop 40.
  • the pumping member 56 here forces the circulation of the first heat transfer fluid through the first thermal regulation circuit 14, then through the first line 44 and the second line 46, until it returns to the pump unit 56.
  • the first heat transfer fluid When the first heat transfer fluid circulates through the first thermal regulation circuit 14, within the cylinder head, it captures the calories released by the combustion chambers 6, cooling them on the way, to then transport them to the tank 52 installed on the first line 44 and/or to the heat exchanger 54 installed on the second line 46. By circulating through the heat exchanger 54, the first heat transfer fluid yields calories to the benefit of another fluid circulating through the heat exchanger 54, a temperature of the first heat transfer fluid flowing downstream of the heat exchanger 54 being lower than a temperature of the first heat transfer fluid flowing upstream of the heat exchanger 54. In this configuration, the first heat transfer fluid can maintain the combustion chambers 6 at a desired temperature to prevent overheating and damage to the components of the cylinder head 1.
  • the second thermal regulation loop 42 comprises, in addition to the second thermal regulation circuit 16, a heating pipe 60 extending between the heating outlet 28 and the heating inlet 26, the heat exchanger 24 as mentioned previously and a pumping device 62 installed on the heating pipe 60.
  • the heat exchanger 24 also constitutes a ventilation, heating and/or air conditioning system not shown in all the figures, and is configured to be crossed on the one hand by the second heat transfer fluid and on the other hand by another fluid, such as an air flow. It is thus understood that the second heat transfer fluid yields calories recovered during its circulation through the second thermal regulation circuit 16 for the benefit of the other fluid, the second heat transfer fluid thus heating the other fluid.
  • this thermal regulation is particularly useful when starting the vehicle to heat a flow of air in the direction of the passenger compartment of the vehicle, in particular when one of the only usable thermal sources is that originating from the exhaust gases circulating in the exhaust outlet 8.
  • the pumping device 62 here forces the circulation of the second heat transfer fluid within the second thermal regulation loop 42, that is to say through the second thermal regulation circuit 16 and the heating pipe 60.
  • the device pumping device 62 is here installed between the heat exchanger 24 and the heating inlet, but a second thermal regulation loop 42 whose pumping device 62 would be arranged between other elements of said loop would not go beyond the scope of the 'invention.
  • the thermal regulation system 38 comprises a first return pipe 64 and a second return pipe 66 each extending between the two thermal regulation loops 40, 42. It will be understood that in the example shown here, the first heat transfer fluid and the second heat transfer fluid have the same composition so that each of the fluids can mix with the other fluid.
  • the first return pipe 64 extends from the heating pipe 60 to the pumping unit 56 arranged on the first thermal regulation loop 40.
  • a bifurcation between the first return pipe 64 and the heater 60 is arranged between the heat exchanger 24 and the pumping device 62.
  • the thermal regulation system 38 comprises a flow control valve 68 capable of being positioned at least in an open position authorizing the circulation of second heat transfer fluid through the first return pipe 64 from the second thermal regulation loop 42 to the first thermal regulation loop 40, and a closed position blocking the circulation of the second heat transfer fluid through the first return pipe 64.
  • the second return pipe 66 extends for its part between the first thermal regulation circuit 14 and the heating pipe 60. More precisely, a first intersection between the second return pipe 66 and the first thermal regulation circuit 14 is arranged downstream of the pumping device 56, while a second intersection between the second return pipe 66 and the heating pipe 60 is arranged on the heating pipe 60 between the pumping device 62 and the heating inlet 26 In this arrangement, the first heat transfer fluid can circulate from the first thermal regulation loop 40 to the second thermal regulation loop 42.
  • the thermal regulation system 38 further comprises a first non-return valve 70 disposed on the second return pipe 66 and a second non-return valve 72 disposed on the heating pipe 60 between the pumping device 62 and the second intersection between the second return pipe 66 and the heating pipe 60.
  • These non-return valves 70, 72 make it possible here to ensure circulation of the heat transfer fluid in the correct direction of circulation. More particularly, the first non-return valve 70 prevents the heat transfer fluid from circulating in the second return pipe 66 from the heating pipe 60 towards the first thermal regulation loop 40, the second non-return valve 72 preventing the heat transfer fluid from circulate in the heating pipe 60 from the heating inlet to the pumping device 62.
  • the invention also relates to a method for thermal regulation of the cylinder head 1 comprising two distinct phases, among which a vehicle start-up phase and a vehicle rolling phase.
  • a vehicle start-up phase and a vehicle rolling phase.
  • heat transfer fluid flows have been represented schematically to illustrate the start-up phase while the rolling phase is illustrated on the figure 8 .
  • the heat exchanger 24 is crossed by the second heat transfer fluid which circulates through the second thermal regulation circuit 16, in particular by capturing calories from the gases circulating through the exhaust outlet 8 to then transfer them to another fluid in the heat exchanger 24, and the first fluid circulates in a loop through the first thermal regulation circuit 14 without carrying out an exchange of calories through a heat exchanger in order to be able to raise the temperature and allow a rise in appropriate operating temperature of the combustion chambers.
  • the first fluid circulating through the first thermal regulation circuit 14 by capturing calories from the at least one combustion 6 is directed to a heat exchanger outside the engine block to subsequently transfer these calories to another fluid via one or more heat exchangers.
  • the second fluid is circulated by the pumping device 62 through the second thermal regulation loop 42.
  • the flow control valve 68 is in the closed position, blocking the circulation of the second heat transfer fluid towards the first thermal regulation loop. thermal regulation 40 through the first return line 64.
  • the second heat transfer fluid By circulating through the second thermal regulation circuit 16, the second heat transfer fluid is heated in contact with the exhaust outlet 8, then in turn heats the other fluid in the heat exchanger 24, which can for example be a flow of air intended to circulate towards the passenger compartment of the vehicle.
  • the pumping member 56 is stopped, the first heat transfer fluid not forcing the circulation of said first heat transfer fluid through the first thermal regulation loop 40.
  • the pumping device 62 no longer forces the circulation of the second fluid through the second regulation loop while the pumping member 56 forces the circulation of the first heat transfer fluid through the first thermal regulation loop 40.
  • the flow control valve 68 is in the open position, thus allowing the second heat transfer fluid to circulate from the second thermal regulation loop 42 to the first thermal regulation loop 40 through the first return pipe 64 , as schematically illustrated in the figure 8 by double black arrows.
  • the circulation of the first heat transfer fluid through the first thermal regulation loop 40 causes the circulation of said first heat transfer fluid through the second return pipe 66 from the first thermal regulation loop 40 to the second thermal regulation loop 42.
  • the invention mainly relates to a cylinder head 1 comprising two thermal regulation circuits separate from each other in the cylinder head 1 and respectively traversed by heat transfer fluid, with one of the thermal regulation circuits which is specifically made in the thickness of a wall of the cylinder head through which an exhaust gas outlet passes, so that the coolant circulating in this specifically made circuit can be heated by the heat of the exhaust gas produced .
  • This structural characteristic makes it possible to be able to heat the passenger compartment of a vehicle as soon as said vehicle is started without having to wait for the heating of the components of cylinder head 1.

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Abstract

La présente invention concerne une culasse (1) d'un moteur à combustion interne d'un véhicule comprenant une chambre de combustion (6) s'étendant au travers d'un volume interne de la culasse (1) et une sortie d'échappement (8) s'étendant depuis l'au moins une chambre de combustion (6) vers l'extérieur de la culasse (1), au moins une paroi de la culasse participant à délimiter l'au moins une chambre de combustion étant creusée pour former un canal de circulation d'un premier fluide caloporteur formant partie d'un premier circuit de régulation thermique (14), caractérisée en ce qu'elle comporte un deuxième circuit de régulation thermique (16) distinct du premier circuit de régulation thermique (14) et dans lequel est apte à circuler un deuxième fluide caloporteur, le deuxième circuit de régulation thermique étant disposé au voisinage de la sortie d'échappement (8).

Description

  • La présente invention s'inscrit dans le domaine des ensembles de culasse de moteur thermique équipant des véhicules automobiles.
  • Les moteurs thermiques comprennent généralement un bloc moteur et une culasse recouvrant le bloc moteur. Ces deux éléments composant le moteur thermique participent à délimiter des chambres de combustion dans lesquelles une combustion d'un mélange d'air et carburant est réalisée de manière à produire le déplacement du piston correspondant et générer l'énergie mécanique nécessaire pour entraîner en rotation un vilebrequin du moteur thermique.
  • L'injection de carburant dans la chambre de combustion est réalisée par l'intermédiaire de soupapes d'admission dont le mouvement est généré par la rotation d'un arbre à cames, qui peut notamment être disposé en partie supérieure de la culasse, à l'opposé du bloc moteur. Un couvre-culasse peut être fixé en recouvrement de la culasse pour rendre étanche une chambre de réception de l'arbre à cames.
  • La combustion produite au sein de chaque chambre de combustion tend à augmenter la température au sein du bloc moteur et de la culasse. Il est dès lors connu d'équiper les moteurs thermiques d'un système de refroidissement qui comprend au moins un circuit de régulation thermique au sein duquel est apte à circuler du fluide de refroidissement. Au sein de la culasse est formée au moins une chambre de circulation raccordée au circuit de régulation thermique et donc susceptible d'être traversée par le fluide de refroidissement, la chambre de circulation étant définie au sein de la culasse au voisinage d'au moins une paroi délimitant une chambre de combustion pour que le fluide de refroidissement circulant à travers la chambre de circulation puisse évacuer des calories générées au sein de la chambre de combustion.
  • Généralement, le système de refroidissement est également connecté à un échangeur thermique d'un système de ventilation, de chauffage et/ou d'air conditionné pour que le fluide de refroidissement, après avoir été réchauffé au contact des composants de la culasse, régule thermiquement un flux d'air traversant l'échangeur thermique et destiné à circuler vers l'habitacle du véhicule. Une telle configuration permet de pouvoir notamment réchauffer le flux d'air en profitant des calories récupérées par le fluide de refroidissement au contact des composants du moteur thermique et notamment des chambres de combustion.
  • Cependant, au démarrage du véhicule, il est notable que les chambres de combustion mettent un certain temps à monter en température de sorte que le liquide de refroidissement ne capte pas de calories en circulant au voisinage de ces chambres de combustion et que le flux d'air chauffé par le fluide de refroidissement n'est pas non plus chauffé. La circulation du fluide de refroidissement au sein de l'échangeur thermique est alors inutile pour la fonction de montée en température de l'habitacle et la consommation d'énergie nécessaire à faire circuler ce fluide de refroidissement est non nécessaire.
  • Dans ce contexte, la présente invention a pour principal objet une culasse d'un moteur à combustion interne d'un véhicule comprenant au moins une chambre de combustion s'étendant au travers d'un volume interne de la culasse et une sortie d'échappement s'étendant depuis l'au moins une chambre de combustion vers l'extérieur de la culasse, au moins une paroi de la culasse participant à délimiter l'au moins une chambre de combustion étant creusée pour former un canal de circulation d'un premier fluide caloporteur formant partie d'un premier circuit de régulation thermique, caractérisée en ce qu'elle comporte un deuxième circuit de régulation thermique distinct du premier circuit de régulation thermique et dans lequel est apte à circuler un deuxième fluide caloporteur, le deuxième circuit de régulation thermique étant disposé au voisinage de la sortie d'échappement.
  • La culasse comprend plusieurs chambres de combustion qui forment respectivement un creux au sein d'une même paroi, la paroi étant par ailleurs creusée d'un canal continu s'étendant au voisinage de chacune des chambres de combustion et participant à former le premier circuit de régulation thermique. Autrement dit, le premier fluide caloporteur circulant dans le premier circuit de régulation thermique est en contact avec la paroi délimitant les chambres de combustion et permet de réguler thermiquement les chambres de combustion, ou du moins la paroi participant à délimiter les chambres de combustion. Les chambres de combustion sont destinées à accueillir la combustion d'un carburant et sont ainsi soumises à de fortes températures lors du fonctionnement du moteur thermique, et le premier circuit de régulation thermique a pour fonction principale de réguler thermiquement les chambres de combustion afin d'éviter qu'elles n'atteignent une température augmentant le risque de dégradation desdites chambres de combustion.
  • Le premier circuit de régulation thermique prend globalement la forme d'un canal s'étendant longitudinalement entre les extrémités longitudinales de la culasse à travers une paroi de l'enveloppe, le premier fluide caloporteur circulant dans le canal d'une extrémité longitudinale de la culasse à l'autre. Le fluide caloporteur ainsi réchauffé peut circuler ensuite vers un échangeur de chaleur d'un système de ventilation, de chauffage et/ou d'air conditionné où il est destiné à céder des calories à de l'air à destination de l'habitacle. Le fluide caloporteur ainsi refroidi est entrainé de nouveau en circulation vers le premier circuit de régulation thermique dans la culasse.
  • Selon l'invention, le deuxième circuit de régulation thermique est distinct du premier circuit de régulation thermique, c'est-à-dire qu'au sein de la culasse, les fluides caloporteurs circulant à travers chacun des circuits de régulation thermique n'entrent pas en contact. En d'autres termes, le premier circuit de régulation thermique et le deuxième circuit de régulation thermique sont physiquement séparés par une paroi de la matière composant la culasse. Avantageusement, le premier circuit de régulation thermique et le deuxième circuit de régulation thermique sont isolés thermiquement l'un de l'autre, c'est-à-dire qu'il y a une limitation de l'échange thermique entre les fluides caloporteurs circulant au sein de chacun des conduits de régulation thermique.
  • Le deuxième circuit de régulation thermique est configuré pour être relié à un échangeur thermique au niveau duquel le deuxième fluide caloporteur cède des calories au profit d'un autre fluide, qui peut par exemple être d'un flux d'air circulant au travers d'un système de ventilation, de chauffage et/ou d'air climatisé à destination d'un habitacle du véhicule. On comprend ici que le deuxième fluide caloporteur participe ainsi à chauffer l'habitacle, notamment à partir des calories provenant des gaz d'échappement.
  • De façon astucieuse, le deuxième fluide caloporteur capte des calories provenant des gaz d'échappement circulant à travers la sortie d'échappement, ces calories pouvant être captées dès la production de gaz d'échappement, c'est-à-dire au démarrage du moteur à combustion interne. On comprend de cela que le deuxième fluide caloporteur est apte à chauffer le flux d'air à destination de l'habitacle en circulant dans l'échangeur thermique dès le démarrage du véhicule, facilitant alors le chauffage immédiat de l'habitacle.
  • Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, la culasse comprend plusieurs parois longitudinales parmi lesquelles une paroi longitudinale d'extrémité participant à définir une enveloppe de la culasse et dans laquelle débouche la sortie d'échappement, le deuxième circuit de régulation thermique s'étendant dans l'épaisseur de la paroi longitudinale d'extrémité. La paroi longitudinale d'extrémité correspond ici à la paroi de l'enveloppe au travers de laquelle s'étend la sortie d'échappement, de sorte que la sortie d'échappement traverse de l'intérieur vers l'extérieur de la culasse ladite paroi longitudinale d'extrémité.
  • La paroi longitudinale d'extrémité peut notamment s'étendre au moins le long d'une dimension d'extension principale de la culasse.
  • Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, la culasse comprend au moins une entrée de chauffage et une sortie de chauffage destinées à être fluidiquement reliées à un système de chauffage d'un habitacle du véhicule, le deuxième circuit de régulation thermique s'étendant entre l'entrée de chauffage et la sortie de chauffage en passant au moins en partie autour de la sortie d'échappement de la culasse.
  • Le deuxième fluide caloporteur circule ainsi à travers le deuxième circuit de régulation thermique depuis l'entrée de chauffage jusqu'à la sortie de chauffage en passant autour de la sortie d'échappement de la culasse. En circulant autour de la sortie d'échappement, le deuxième fluide caloporteur est apte à capter les calories provenant des gaz d'échappement circulant à travers la sortie d'échappement. La disposition du deuxième circuit de régulation thermique autour de la sortie d'échappement optimise dès lors la captation de calories par le deuxième fluide caloporteur tout en tolérant une compacité de la culasse acceptable pour les constructeurs automobiles.
  • Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, la culasse comprend deux parois latérales s'étendant chacune dans un plan sécant à la dimension d'extension principale de la culasse à l'une des extrémités longitudinales de la paroi longitudinale d'extrémité, l'entrée de chauffage étant disposée sur la paroi longitudinale d'extrémité tandis que la sortie de chauffage est disposée sur l'une ou l'autre des parois latérales. Les parois latérales correspondent ici aux parois délimitant longitudinalement la culasse, et s'étendent avantageusement dans un plan sensiblement perpendiculaire à la direction d'extension principale de la culasse.
  • Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, le deuxième circuit de régulation thermique comprend un premier conduit et un deuxième conduit s'étendant dans l'épaisseur de la paroi longitudinale d'extrémité, le premier conduit et le deuxième conduit s'étendant depuis l'entrée de chauffage jusqu'à la sortie de chauffage à travers la paroi longitudinale d'extrémité, le premier conduit et le deuxième conduit s'écartant localement en passant de part et d'autre de la sortie d'échappement.
  • Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, le premier conduit et le deuxième conduit s'étendent longitudinalement entre l'entrée de chauffage et la sortie de chauffage de part et d'autre de la sortie d'échappement, les conduits s'écartant l'un de l'autre pour entourer la sortie d'échappement. Autrement dit, les conduits se rapprochent l'un de l'autre au fur et à mesure qu'ils se rapprochent de l'entrée de chauffage et/ou de la sortie de chauffage depuis la sortie d'échappement.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, le premier conduit et/ou le deuxième conduit s'étendent principalement le long de la direction d'extension principale de la culasse.
  • Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, le premier conduit et le deuxième conduit comprennent chacun une portion d'écartement autour de la sortie d'échappement, les portions d'écartement étant décalées verticalement par rapport à la sortie de chauffage.
  • La sortie de chauffage peut être disposée au-dessus des portions d'écartement des deux conduits selon la direction verticale. Cette disposition particulière permet notamment au gaz présent dans les conduits, et/ou au gaz formé durant la circulation du deuxième fluide caloporteur au sein des conduits de pouvoir circuler facilement à travers le deuxième circuit de régulation thermique entre l'entrée de chauffage et la sortie de chauffage afin d'être évacué du deuxième circuit de régulation thermique à travers la sortie de chauffage.
  • Selon une alternative de l'invention, l'entrée de chauffage est décalée verticalement par rapport à la portion d'écartement d'au moins le deuxième conduit. Plus particulièrement, l'entrée de chauffage est disposée en-dessous de la portion d'écartement du deuxième conduit selon la direction verticale. On comprend ainsi que la portion d'écartement est disposée verticalement entre l'entrée de chauffage et la sortie de chauffage, favorisant la circulation de fluides à l'état gazeux depuis l'entrée de chauffage vers la sortie de chauffage.
  • Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, une dimension minimale mesurée entre le deuxième circuit de régulation thermique et le premier circuit de régulation thermique est d'au moins deux millimètres.
  • Cette dimension minimale peut notamment être d'au moins 5mm. Cette dimension particulière forme un bon compromis entre une compacité optimale de la culasse portant les deux circuits de régulation thermique et une bonne isolation thermique.
  • Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, le deuxième circuit de régulation thermique est décalé transversalement par rapport au premier circuit de régulation thermique. On comprend par « transversalement » que le décalage s'apprécie le long d'une direction perpendiculaire au plan d'extension principale de la paroi longitudinale.
  • Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, le deuxième circuit de régulation thermique est configuré pour être fluidiquement relié à une passe d'un échangeur thermique d'un système de ventilation, de chauffage et/ou d'air climatisé du véhicule, le fluide caloporteur circulant dans le deuxième circuit de régulation thermique étant apte à échanger des calories avec un autre fluide circulant dans une deuxième passe dudit échangeur thermique.
  • La présente invention a également pour objet un ensemble de culasse d'un moteur à combustion interne comprenant une culasse caractérisée selon l'une quelconque des caractéristiques précédentes et un couvre-culasse participant à recouvrir au moins en partie le volume interne de la culasse, le couvre-culasse participant à définir au moins en partie le premier circuit de régulation thermique.
  • L'invention concerne également un système de régulation thermique comprenant une première boucle de régulation thermique, dont le premier circuit de régulation thermique est constitutif, et une deuxième boucle de régulation thermique, dont le deuxième circuit de régulation thermique est constitutif, la première boucle de régulation thermique comportant à l'extérieur de la culasse au moins un organe de pompage configuré pour entraîner le premier fluide caloporteur en circulation au moins à travers la première boucle de régulation thermique et la deuxième boucle de régulation thermique comportant à l'extérieur de la culasse au moins un dispositif de pompage configuré pour forcer la circulation du deuxième fluide caloporteur au sein de la deuxième boucle de régulation thermique, le système de régulation thermique étant configuré pour faire circuler sélectivement le premier fluide caloporteur et le deuxième fluide caloporteur.
  • Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, la première boucle de régulation thermique comprend par ailleurs, à l'extérieur de la culasse, une première ligne et une deuxième ligne s'étendant chacune depuis l'une des extrémités du premier circuit de régulation thermique et jusqu'à l'autre extrémité du premier circuit de régulation thermique, lesdites extrémités du premier circuit de régulation thermique étant formées par une entrée de fluide et une sortie de fluide.
  • Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, la bifurcation entre la première ligne, la deuxième ligne et la sortie de fluide du premier circuit de régulation thermique est réalisée dans un boîtier de régulation installé contre l'une des parois latérales de l'enveloppe disposées aux extrémités longitudinales de la culasse.
  • Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, la première boucle de régulation thermique comprend un réservoir disposé sur la première ligne et un échangeur de chaleur installé sur la deuxième ligne.
  • Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, la deuxième boucle de régulation thermique comprend par ailleurs, à l'extérieur de la culasse, une conduite de chauffage s'étendant entre la sortie de chauffage et l'entrée de chauffage de la culasse, l'échangeur thermique et le dispositif de pompage étant installés sur la conduite de chauffage.
  • Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, le système de régulation thermique comporte une première conduite de retour et une deuxième conduite de retour s'étendant chacune entre les deux boucles de régulation thermiques.
  • Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, la première conduite de retour s'étend depuis la conduite de chauffage jusqu'à l'organe de pompage disposé sur la première boucle de régulation thermique et la deuxième conduite de retour s'étend entre le premier circuit de régulation thermique et la conduite de chauffage.
  • L'invention concerne également un procédé de régulation thermique d'une culasse caractérisée selon l'une quelconque des caractéristiques précédentes, comprenant une phase de démarrage durant laquelle le deuxième fluide caloporteur circule à travers le deuxième circuit de régulation thermique en captant des calories provenant des gaz circulant à travers la sortie d'échappement pour les céder ensuite à un autre fluide, et une phase de roulage durant laquelle le premier fluide circule à travers le premier circuit de régulation thermique en captant des calories de l'au moins une chambre de combustion pour les céder ensuite à l'autre fluide.
  • D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit d'une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d'autre part, sur lesquels :
    • [Fig. 1] est une représentation en perspective d'une culasse selon l'invention coopérant avec un couvre-culasse ;
    • [Fig. 2] est une représentation éclatée de la culasse et du couvre-culasse représentés sur la figure 1 ;
    • [Fig. 3] est une représentation schématique de deux circuits de régulation thermique distincts l'un de l'autre et destinés à parcourir la culasse représentée sur la figure 1 ;
    • [Fig. 4] est une coupe, dans un plan transversal et vertical, de la culasse et du couvre-culasse représentés sur la figure 1 ;
    • [Fig. 5] est une coupe, dans un plan vertical et longitudinal, de la culasse et du couvre-culasse représentés sur la figure 1 ;
    • [Fig. 6] est une coupe, dans un plan longitudinal et transversal, de la culasse et du couvre-culasse représentés sur la figure 1 ;
    • [Fig. 7] est un schéma d'une installation de régulation thermique permettant la mise en œuvre d'un procédé de régulation thermique conforme à l'invention, l'installation étant équipée de circuits associés à la culasse représentée sur la figure 1, l'installation étant ici représentée dans une phase de démarrage du procédé ;
    • [Fig. 8] est un schéma de l'installation de la figure 7, ici représentée dans une phase de roulage du véhicule.
  • Les caractéristiques, variantes et les différentes formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes par rapport aux autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolée des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique et/ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur.
  • Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
  • Dans la description détaillée qui va suivre, les dénominations « longitudinale », « transversale » et « verticale » se réfèrent à l'orientation d'une culasse selon l'invention. Une direction longitudinale correspond à une direction principale d'allongement de la culasse, cette direction longitudinale étant parallèle à un axe longitudinal L d'un L, V, T illustré sur les figures. Une direction transversale correspond à une direction le long de laquelle s'étend principalement une sortie de gaz d'échappement de la culasse, cette direction transversale étant parallèle à un axe transversal T du repère L, V, T et cet axe transversal T étant perpendiculaire à l'axe longitudinal L. Enfin, une direction verticale correspond à une direction parallèle à un axe vertical V du repère L, V, T, cet axe vertical V étant perpendiculaire à l'axe longitudinal L et l'axe transversal T.
  • De plus, les termes « en amont » et « en aval » utilisés dans la suite de la description font référence au sens de circulation d'un fluide de refroidissement et/ou d'un fluide de calorique à travers le dispositif de régulation thermique.
  • Sur la figure 1 est illustré un ensemble de culasse d'un moteur thermique d'un véhicule automobile, l'ensemble de culasse comprenant au moins une culasse 1 et un couvre-culasse 2. Cet ensemble de culasse est destiné à être monté sur un bloc moteur, et le couvre-culasse 2 et la culasse 1 sont disposés l'un au-dessus de l'autre verticalement pour former l'ensemble de culasse disposé au-dessus du bloc moteur, ici non représenté.
  • La culasse 1 et le couvre-culasse 2 définissent entre eux au moins une zone de réception d'un arbre à cames et des soupapes du moteur thermique non représentés sur l'ensemble des figures. L'ensemble de culasse, et de fait la culasse 1 et le couvre-culasse 2, s'étendent principalement le long d'une direction d'allongement principal sensiblement parallèle à la direction longitudinale L. Plus particulièrement cette dimension principale de l'ensemble de culasse est parallèle à la direction d'allongement de l'arbre à cames destiné à être logé dans la zone de réception ménagée entre la culasse et le couvre-culasse.
  • La culasse 1 comprend une enveloppe 4 définissant un volume interne de la culasse 1, au moins une chambre de combustion 6 s'étendant au travers du volume interne de la culasse 1 et configurée pour recevoir un piston, et une sortie d'échappement 8 s'étendant depuis l'au moins une chambre de combustion 6 vers l'extérieur de la culasse 1.
  • La culasse 1 prend globalement une forme parallélépipèdique en présentant plusieurs parois longitudinales 10 s'étendant au moins le long de la direction longitudinale L et s'étendant plus particulièrement principalement dans un plan longitudinal et vertical. La culasse 1 comprend également deux parois latérales 12 s'étendant chacune dans un plan transversal et vertical, les parois longitudinales 10 de l'enveloppe 4 s'étendant longitudinalement entre les parois latérales 12. Autrement dit, les parois latérales 12 sont disposées aux extrémités longitudinales de la culasse 1, et les parois longitudinales s'étendent longitudinalement d'une paroi latérale à l'autre.
  • Parmi ces parois longitudinales, on peut distinguer notamment une paroi longitudinale d'extrémité 10, formée à une extrémité latérale de la culasse et participant à délimiter l'enveloppe 4 de la culasse. Tel que cela va être décrit ci-après, cette paroi longitudinale d'extrémité 10 est spécifique en ce que la sortie d'échappement 8 précédemment évoquée débouche à travers cette paroi longitudinale d'extrémité 10.
  • Préférentiellement, la culasse 1 comprend plusieurs chambres de combustion 6 s'étendant en partie dans le volume interne défini au moins partiellement par l'enveloppe 4. Plus particulièrement, les chambres de combustion 6 sont ménagées au sein de la culasse et délimitées par des parois longitudinales participant à définir l'enveloppe. Les chambres de combustion 6 sont chacune destinées à recevoir un piston, mis en mouvement notamment par l'arbre à came entre une position d'injection et une position d'échappement. Les chambres de combustion 6 sont fluidiquement reliées à la sortie d'échappement 8, par laquelle est évacué le gaz d'échappement formé au cours de la combustion d'un carburant dans les chambres de combustion 6.
  • La sortie d'échappement 8 a pour fonction de guider le gaz d'échappement, déchet issu de la combustion du carburant, depuis les chambres de combustion 6 vers l'extérieur de la culasse 1 et du bloc moteur. Tel que cela a pu être évoqué précédemment, la sortie d'échappement 8 s'étend à travers la paroi longitudinale d'extrémité 10, et il va par la suite être décrit une caractéristique de l'invention selon laquelle la culasse comporte un circuit de régulation thermique spécifiquement formé au sein de la culasse et notamment dans cette paroi longitudinale d'extrémité 10 pour être au plus près de la sortie d'échappement 8. On comprend que l'invention vis à protéger la formation d'un circuit de régulation thermique spécifique au plus près de la sortie d'échappement et que sans sortir du contexte de l'invention, la sortie d'échappement pourrait déboucher dans une autre paroi, par exemple une paroi latérale, dès lors que le circuit de régulation thermique spécifique est alors formé particulièrement dans cette autre paroi pour être au plus près de la sortie d'échappement.
  • Selon l'invention, la culasse 1 comprend un premier circuit de régulation thermique 14 dans lequel circule un premier fluide caloporteur et un deuxième circuit de régulation thermique 16 dans lequel circule un deuxième fluide caloporteur, le deuxième circuit de régulation thermique 16 étant distinct du premier circuit de régulation thermique 14. On comprend qu'au sein de la culasse 1, le premier fluide caloporteur et le deuxième fluide caloporteur ne sont pas en contact et ne se mélangent pas.
  • Le premier fluide caloporteur et le deuxième fluide caloporteur peuvent être de l'eau, additionné par exemple d'éthylène glycol ou de propylène glycol. Le premier fluide caloporteur et le deuxième fluide caloporteur peuvent avoir une composition différente l'une de l'autre ou une même composition sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
  • Le premier circuit de régulation thermique 14 s'étend au sein du volume interne de la culasse, dans plusieurs parois constitutives de l'enveloppe 4 et participant à délimiter l'au moins une chambre de combustion 6. Le premier circuit de régulation thermique est notamment formé par des canaux de circulation du premier fluide caloporteur creusés au sein des parois constitutives. Tel que plus particulièrement visible sur les figures 1, 2, 4, 5 et 6, le premier circuit de régulation thermique 14 s'étend notamment au travers d'une paroi de fond 18 de l'enveloppe 4, à savoir une paroi délimitant l'ensemble de culasse en regard du bloc moteur, la paroi de fond 18 correspondant à une des parois longitudinales 10 mais différente de la paroi longitudinale d'extrémité 10 dans laquelle débouche la sortie d'échappement, l'aménagement du premier circuit de régulation thermique 14 au travers de la paroi longitudinale d'extrémité 10 étant particulièrement visible sur la figure 6.
  • Le premier fluide caloporteur circulant à travers le premier circuit de régulation thermique 14 est dans ce contexte destiné à circuler le long d'au moins une partie de chacune des chambres de combustion 6. Afin d'optimiser les échanges de calories avec les chambres de combustion, le premier circuit de régulation thermique 14 s'étend longitudinalement entre les deux parois latérales 12 de l'enveloppe 4. Par cette circulation, le premier fluide caloporteur capte des calories de chacune des chambres de combustion 6 et les évacue ensuite vers un système de régulation thermique 38 disposé à l'extérieur de l'ensemble de culasse et relié fluidiquement au premier circuit de régulation thermique 14. Autrement dit, le premier fluide caloporteur contribue à refroidir les chambres de combustion 6 et ainsi éviter la montée en température des chambres de combustion 6.
  • La culasse 1 peut être associé à un boîtier de régulation 20 de la circulation du premier fluide caloporteur, représenté schématiquement sur la figure 7. Ce boîtier de régulation 20 peut être agencé sur l'une ou l'autre des parois délimitant l'enveloppe 4 de la culasse et par exemple sur l'une des parois latérales 12. Dans l'exemple illustré sur la figure 1, l'une des parois latérales 12 présente sur une face externe un espace de réception 22 du boîtier de régulation 20, ce dernier étant installé contre la face externe de ladite paroi latérale 12 et fixé à la culasse 1 par des moyens connus de l'homme du métier tel que par vissage par exemple.
  • Tel que cela a été décrit précédemment, la culasse selon l'invention est particulière en ce qu'elle comporte un deuxième circuit de régulation thermique 16 qui est distinct du premier circuit de régulation thermique 14 et plus particulièrement, il est notable que ce deuxième circuit de régulation thermique 16 est agencé au sein d'une paroi spécifique de la culasse pour que le deuxième fluide caloporteur qui est destiné à circuler dans ce deuxième circuit de régulation thermique 16 puisse échanger efficacement des calories avec les gaz circulant dans la sortie d'échappement 8.
  • Comme mentionné auparavant, le deuxième circuit de régulation thermique 16 est distinct du premier circuit de régulation thermique 14, c'est-à-dire qu'au sein de la culasse 1, les fluides caloporteurs circulant à travers chacun des circuits de régulation thermique n'entrent pas en contact. Une paroi de la culasse participe à séparer physiquement ces deux circuits de régulation thermique. Avantageusement, le premier circuit de régulation thermique 14 et le deuxième circuit de régulation thermique 16 sont isolés thermiquement l'un de l'autre, c'est-à-dire qu'il y a une limitation des échanges thermiques entre les fluides caloporteurs circulant au sein de chacun des conduits de régulation thermique.
  • Cette distinction judicieuse entre le premier circuit de régulation thermique 14 et le deuxième circuit de régulation thermique 16 diminue le risque d'échange thermique entre les deux fluides caloporteurs, chacun des fluides n'ayant pas la même fonction au sein de la culasse 1.
  • A cet effet, une dimension minimale mesurée entre le deuxième circuit de régulation thermique 16 et le premier circuit de régulation thermique 14 est d'au moins deux millimètres. Avantageusement, cette dimension minimale est d'au moins 5mm. Cette dimension représente ici un bon compromis pour obtenir d'une part une compacité optimisée de la culasse 1 portant les deux circuits de régulation thermique et d'autre part une bonne isolation thermique entre les fluides caloporteurs, évitant ainsi des interactions thermiques et des échanges de calories d'un fluide caloporteur à l'autre.
  • Cet écart minimal est notamment rendu possible par une configuration spatiale, au sein de la culasse, des deux circuits de régulation thermique, avec le premier circuit de régulation thermique qui s'étend au sein de la culasse autour des chambres de combustion et le deuxième circuit de régulation thermique qui s'étend dans la paroi longitudinale d'extrémité 10. Le deuxième circuit de régulation thermique 16 est ainsi décalé dans son ensemble, ici transversalement, par rapport au premier circuit de régulation thermique 14. On comprend ici par « transversalement » que le décalage s'apprécie le long d'une direction perpendiculaire au plan d'extension principale de la paroi longitudinale 10 dans laquelle s'étend le deuxième circuit de régulation thermique 16. Et il convient de noter que c'est l'ensemble du deuxième circuit de régulation thermique qui est décalé transversalement, en étant logé dans la paroi longitudinale d'extrémité 10, par rapport au premier circuit de régulation thermique.
  • Tel qu'illustré sur la figure 7, qui sera par ailleurs décrite plus en détails plus tard dans la description, le deuxième circuit de régulation thermique 16 est configuré pour être relié à un échangeur thermique 24 au niveau duquel le deuxième fluide caloporteur cède des calories au profit d'un autre fluide, qui peut par exemple être un flux d'air circulant au travers d'un système de ventilation, de chauffage et/ou d'air climatisé à destination d'un habitacle du véhicule. On comprend ici que le deuxième fluide caloporteur participe ainsi à chauffer l'habitacle grâce aux calories provenant des gaz d'échappement. De façon astucieuse, un système de régulation thermique dans le contexte de l'invention peut faire circuler sélectivement le premier fluide caloporteur ou le deuxième fluide caloporteur en direction d'un échangeur thermique 24 extérieur au bloc moteur et choisir le fluide caloporteur à faire circuler en fonction de l'état du véhicule. Par exemple, le système de régulation thermique privilégie la circulation du deuxième fluide caloporteur au démarrage du véhicule, pour que celui-ci capte des calories provenant des gaz d'échappement circulant à travers la sortie d'échappement 8 dès le démarrage du moteur à combustion interne.
  • Pour cela, la culasse 1 comprend notamment au moins une entrée de chauffage 26 et une sortie de chauffage 28 destinées à être fluidiquement reliées à un système de chauffage d'un habitacle du véhicule, le deuxième circuit de régulation thermique 16 s'étendant entre l'entrée de chauffage 26 et la sortie de chauffage 28 en passant au moins en partie autour de la sortie d'échappement 8 de la culasse 1. Le deuxième fluide caloporteur circule ainsi à travers le deuxième circuit de régulation thermique 16 depuis l'entrée de chauffage 26 jusqu'à la sortie de chauffage 28 en passant autour de la sortie d'échappement 8 de la culasse 1.
  • Tel qu'illustré sur les figures 1 et 2, l'entrée de chauffage 26 est disposée sur la paroi longitudinale d'extrémité 10, à savoir la paroi dans laquelle débouche la sortie d'échappement 8, tandis que la sortie de chauffage 28 est disposée sur l'une ou l'autre des parois latérales 12. Cette disposition particulière permet par ailleurs de faciliter le montage de la culasse 1 sur un véhicule en facilitant ainsi les raccordements nécessaires avec les différents systèmes à travers lesquels circule le premier et/ou le deuxième fluide caloporteur. Cependant, une culasse 1 dont l'entrée de chauffage 26 et/ou la sortie de chauffage 28 serait disposée sur une autre paroi que celles qui viennent d'être évoquées ne sortirait pas pour autant du contexte de l'invention.
  • Selon l'invention, le deuxième circuit de régulation thermique 16 comprend un premier conduit 30 et un deuxième conduit 32 s'étendant dans l'épaisseur de la paroi longitudinale d'extrémité 10 principalement le long de la direction d'extension principale de la culasse 1, c'est-à-dire le long de la direction longitudinale L, comme visible sur la figure 5. Le premier conduit 30 et le deuxième conduit 32 s'étendent depuis l'entrée de chauffage 26 jusqu'à la sortie de chauffage 28 à travers la paroi longitudinale d'extrémité 10, le premier conduit 30 et le deuxième conduit 32 s'écartant localement l'un de l'autre pour passer de part et d'autre de la sortie d'échappement 8. On comprend que le premier conduit 30 et le deuxième conduit 32 débouchent tous les deux d'une part sur l'entrée de chauffage 26 et d'autre part sur la sortie de chauffage 28. Dans cette configuration, le deuxième fluide caloporteur circule dans l'un et l'autre des conduits.
  • On peut définir de la sorte, pour chacun des conduits 30, 32 de ce deuxième circuit de régulation thermique 16, des portions distales 34 qui s'étendant directement dans le prolongement de l'entrée de chauffage 26 ou de la sortie de chauffage 28 et qui sont dirigées vers la sortie d'échappement 8, et une portion d'écartement 36 qui s'étend entre deux portions distales dans la zone de la sortie d'échappement 8. Les portions distales 34 de chacun des conduits s'étendent le long de la portion distale 34 correspondante de l'autre conduit, tandis que la portion d'écartement 36 de chacun des conduits s'étend en s'éloignant puis en se rapprochant de l'autre portion d'écartement 36 de l'autre conduit de sorte à encadrer au moins partiellement autour de la sortie d'échappement 8.
  • Autrement dit, les conduits 30, 32 se rapprochent l'un de l'autre au fur et à mesure qu'ils se rapprochent de l'entrée de chauffage 26 et/ou de la sortie de chauffage 28 depuis la zone de sortie d'échappement 8.
  • Une schématisation de la circulation de fluides est notamment visible sur la figure 3, qui est une représentation des circuits de régulation thermique 14, 16 identifiés par le fluide caloporteur circulant au sein de ces circuits sans que les parois 10 délimitant ces circuits soient ici visibles. Il est plus particulièrement visible que le deuxième circuit 16 est indépendant du premier circuit 14, c'est-à-dire qu'il n'y a pas de communication fluidique entre le premier circuit 14 et le deuxième circuit 16 au sein de la culasse 1, le deuxième circuit 16 étant décalé transversalement par rapport au premier circuit 14.
  • Tel qu'illustré sur la figure 5, on définit que le premier conduit 30 s'étend en partie au-dessus de la sortie d'échappement 8 et le deuxième conduit 32 s'étend en partie au-dessous de la sortie d'échappement 8.
  • Selon une caractéristique de l'invention, les portions d'écartement 36 des deux conduits 30, 32 de ce deuxième circuit de régulation thermique 16 sont décalées verticalement par rapport à la sortie de chauffage 28. Plus particulièrement, la sortie de chauffage 28 est disposée au-dessus des portions d'écartement 36 des deux conduits 30, 32 selon la direction verticale V. Cette disposition particulière permet notamment au gaz présent dans les conduits 30, 32 et/ou au gaz formé durant la circulation du deuxième fluide caloporteur au sein des conduits 30, 32 de pouvoir circuler facilement à travers le deuxième circuit de régulation thermique 16 entre l'entrée de chauffage 26 et la sortie de chauffage 28 afin d'être évacué du deuxième circuit de régulation thermique 16 à travers la sortie de chauffage 28.
  • De façon similaire, l'entrée de chauffage 26 est décalée verticalement par rapport à la portion d'écartement 36 d'au moins le deuxième conduit 32. Plus particulièrement, l'entrée de chauffage 26 est disposée en-dessous de la portion d'écartement 36 du deuxième conduit 32 selon la direction verticale V. On comprend ainsi que la portion d'écartement 36 est disposée verticalement entre l'entrée de chauffage 26 et la sortie de chauffage 28, favorisant la circulation de fluides à l'état gazeux depuis l'entrée de chauffage 26 vers la sortie de chauffage 28.
  • On va maintenant décrire avec plus de détails la figure 7 qui représente un schéma général d'un système de régulation thermique 38 comprenant le premier circuit de régulation thermique 14 et le deuxième circuit de régulation thermique 16, et la circulation du premier fluide caloporteur et du deuxième fluide caloporteur au sein d'un tel système.
  • Le système de régulation thermique 38 comprend ici une première boucle de régulation thermique 40 dont le premier circuit de régulation thermique 14 est constitutif et une deuxième boucle de régulation thermique 42 dont le deuxième circuit de régulation thermique 16 est constitutif.
  • La première boucle de régulation thermique 40 comprend, en sus du premier circuit de régulation thermique 14, une première ligne 44 et une deuxième ligne 46 s'étendant chacune depuis l'une des extrémités du premier circuit de régulation thermique 14 et jusqu'à l'autre extrémité du premier circuit de régulation thermique 14. On comprend ici que le premier circuit de régulation thermique 14 présente une entrée de fluide 48 et une sortie de fluide 50 représentant les extrémités du premier circuit de régulation thermique 14 mentionnées ci-dessus. La bifurcation entre la première ligne 44, la deuxième ligne 46 et la sortie de fluide 50 du premier circuit de régulation thermique 14 est notamment réalisée dans le boîtier de régulation 20 installé contre l'une des parois latérales 12 de l'enveloppe 4.
  • La première boucle de régulation thermique 40 comprend un réservoir 52 disposé sur la première ligne 44, un échangeur de chaleur 54 installé sur la deuxième ligne 46 et un organe de pompage 56 disposé à l'entrée de fluide 48 du premier circuit de régulation thermique 14. L'organe de pompage 56 entraîne le premier fluide caloporteur en circulation au moins à travers la première boucle de régulation thermique 40. L'organe de pompage 56 force ici la circulation du premier fluide caloporteur à travers le premier circuit de régulation thermique 14, puis à travers la première ligne 44 et la deuxième ligne 46, jusqu'à son retour à l'organe de pompage 56.
  • Lorsque le premier fluide caloporteur circule au travers du premier circuit de régulation thermique 14, au sein de la culasse, il capte des calories cédées par les chambres de combustion 6, en les refroidissant au passage, pour les transporter ensuite vers le réservoir 52 installé sur la première ligne 44 et/ou vers l'échangeur de chaleur 54 installé sur la deuxième ligne 46. En circulant à travers l'échangeur de chaleur 54, le premier fluide caloporteur cède des calories au profit d'un autre fluide circulant à travers l'échangeur de chaleur 54, une température du premier fluide caloporteur circulant en aval de l'échangeur de chaleur 54 étant inférieure à une température du premier fluide caloporteur circulant en amont de l'échangeur de chaleur 54. Dans cette configuration, le premier fluide caloporteur peut maintenir les chambres de combustion 6 à une température souhaitée pour éviter une surchauffe et une dégradation des composants de la culasse 1.
  • La deuxième boucle de régulation thermique 42 comprend, en sus du deuxième circuit de régulation thermique 16, une conduite de chauffage 60 s'étendant entre la sortie de chauffage 28 et l'entrée de chauffage 26, l'échangeur thermique 24 tel qu'évoqué précédemment et un dispositif de pompage 62 installés sur la conduite de chauffage 60. L'échangeur thermique 24 est par ailleurs constitutif également d'un système de ventilation, de chauffage et/ou d'air climatisé non représenté sur l'ensemble des figures, et est configuré pour être traversé d'une part par le deuxième fluide caloporteur et d'autre part par un autre fluide, tel qu'un flux d'air. On comprend ainsi que le deuxième fluide caloporteur cède des calories récupérées durant sa circulation au travers du deuxième circuit de régulation thermique 16 au profit de l'autre fluide, le deuxième fluide caloporteur réchauffant ainsi l'autre fluide. Tel que cela va être évoqué, cette régulation thermique est particulièrement utile au démarrage du véhicule pour chauffer un flux d'air en direction de l'habitacle du véhicule, notamment lorsque l'une des seules sources thermiques exploitables est celle provenant des gaz d'échappement circulant dans la sortie d'échappement 8.
  • Le dispositif de pompage 62 force ici la circulation du deuxième fluide caloporteur au sein de la deuxième boucle de régulation thermique 42, c'est-à-dire à travers du deuxième circuit de régulation thermique 16 et de la conduite de chauffage 60. Le dispositif de pompage 62 est ici installé entre l'échangeur thermique 24 et l'entrée de chauffe, mais une deuxième boucle de régulation thermique 42 dont le dispositif de pompage 62 serait disposé entre d'autres éléments de ladite boucle ne sortirait pas du cadre de l'invention.
  • Selon l'exemple illustré ici sur la figure 7, le système de régulation thermique 38 comprend une première conduite de retour 64 et une deuxième conduite de retour 66 s'étendant chacune entre les deux boucles de régulation thermique 40, 42. On comprend que dans l'exemple représenté ici, le premier fluide caloporteur et le deuxième fluide caloporteur ont une même composition de sorte que chacun des fluides peut se mélanger à l'autre fluide.
  • Plus particulièrement, la première conduite de retour 64 s'étend depuis la conduite de chauffage 60 jusqu'à l'organe de pompage 56 disposé sur la première boucle de régulation thermique 40. Une bifurcation entre la première conduite de retour 64 et la conduite de chauffage 60 est disposé entre l'échangeur thermique 24 et le dispositif de pompage 62. De plus, le système de régulation thermique 38 comprend une valve de contrôle du débit 68 apte à se positionner au moins dans une position d'ouverture autorisant la circulation du deuxième fluide caloporteur à travers la première conduite de retour 64 depuis la deuxième boucle de régulation thermique 42 vers la première boucle de régulation thermique 40, et une position de fermeture bloquant la circulation du deuxième fluide caloporteur à travers la première conduite de retour 64.
  • La deuxième conduite de retour 66 s'étend quant à elle entre le premier circuit de régulation thermique 14 et la conduite de chauffage 60. Plus précisément, une première intersection entre la deuxième conduite de retour 66 et le premier circuit de régulation thermique 14 est disposée en aval de l'organe de pompage 56, tandis qu'une deuxième intersection entre la deuxième conduite de retour 66 et la conduite de chauffage 60 est disposée sur la conduite de chauffage 60 entre le dispositif de pompage 62 et l'entrée de chauffage 26. Dans cette disposition, le premier fluide caloporteur peut circuler depuis la première boucle de régulation thermique 40 vers la deuxième boucle de régulation thermique 42.
  • Le système de régulation thermique 38 comprend par ailleurs une première valve anti-retour 70 disposée sur la deuxième conduite de retour 66 et une deuxième valve anti-retour 72 disposée sur la conduite de chauffage 60 entre le dispositif de pompage 62 et la deuxième intersection entre la deuxième conduite de retour 66 et la conduite de chauffage 60. Ces valves anti-retour 70, 72 permettent d'assurer ici une circulation du fluide caloporteur dans le bon sens de circulation. Plus particulièrement, la première valve anti-retour 70 empêche au fluide caloporteur de circuler dans la deuxième conduite de retour 66 depuis la conduite de chauffage 60 vers la première boucle de régulation thermique 40, la deuxième valve anti-retour 72 empêchant au fluide caloporteur de circuler dans le conduite de chauffage 60 depuis l'entrée de chauffe vers le dispositif de pompage 62.
  • L'invention concerne également un procédé de régulation thermique de la culasse 1 comprenant deux phases distinctes parmi lesquelles une phase de démarrage du véhicule et une phase de roulage du véhicule. Sur la figure 7, précédemment détaillée pour décrire l'installation de régulation thermique, des flux de fluide caloporteur ont été représentés schématiquement pour illustrer la phase de démarrage tandis que la phase de roulage est illustrée sur la figure 8.
  • Durant la phase de démarrage du véhicule, l'échangeur thermique 24 est traversé par le deuxième fluide caloporteur qui circule à travers le deuxième circuit de régulation thermique 16, en captant notamment des calories provenant des gaz circulant à travers la sortie d'échappement 8 pour les céder ensuite à un autre fluide dans l'échangeur thermique 24, et le premier fluide circule en boucle à travers le premier circuit de régulation thermique 14 sans réaliser d'échange de calories à travers un échangeur thermique pour pouvoir monter en température et permettre une montée en température de fonctionnement appropriée des chambres de combustion. En effet, s'il est recherché une fonction de refroidissement des chambres de combustion lorsque le véhicule roule et que le moteur thermique est en fonctionnement, afin d'éviter que les chambres de combustion aillent au-delà d'une certaine température, il est à contrario intéressant au démarrage de faire vite monter en température ces chambres pour qu'elles présentent le plus rapidement une température supérieure à une température seuil bas en dessous de laquelle les performances du moteur peuvent ne pas être optimales.
  • Durant la phase de roulage du véhicule, le premier fluide circulant à travers le premier circuit de régulation thermique 14 en captant des calories de l'au moins une chambre de combustion 6 est dirigé vers un échangeur thermique à l'extérieur du bloc moteur pour céder ces calories par la suite à un autre fluide via un ou plusieurs échangeurs thermique.
  • En d'autres termes, lors du démarrage du véhicule, et donc durant la phase de démarrage, tel que représenté schématiquement par des doubles flèches noires sur la figure 7, le deuxième fluide est mis en circulation par le dispositif de pompage 62 à travers la deuxième boucle de régulation thermique 42. La valve de contrôle du débit 68 est dans la position de fermeture, bloquant la circulation du deuxième fluide caloporteur vers la première boucle de régulation thermique 40 à travers la première conduite de retour 64.
  • En circulant à travers le deuxième circuit de régulation thermique 16, le deuxième fluide caloporteur est réchauffé au contact de la sortie d'échappement 8, puis réchauffe à son tour l'autre fluide dans l'échangeur thermique 24, qui peut par exemple être un flux d'air destiné à circuler vers l'habitacle du véhicule.
  • Avantageusement, durant la phase de démarrage, l'organe de pompage 56 est à l'arrêt, le premier fluide caloporteur ne forçant pas la circulation dudit premier fluide caloporteur à travers la première boucle de régulation thermique 40.
  • Durant la phase de roulage, qui suit la phase de démarrage, le dispositif de pompage 62 ne force plus la circulation du deuxième fluide à travers la deuxième boucle de régulation tandis que l'organe de pompage 56 force la circulation du premier fluide caloporteur à travers la première boucle de régulation thermique 40.
  • Durant cette phase de roulage, la valve de contrôle du débit 68 est dans la position ouverte, laissant ainsi circuler le deuxième fluide caloporteur de la deuxième boucle de régulation thermique 42 vers la première boucle de régulation thermique 40 à travers la première conduite de retour 64, tel que schématiquement illustré sur la figure 8 par des doubles flèches noires. De plus, la mise en circulation du premier fluide caloporteur à travers la première boucle de régulation thermique 40, tel que schématiquement illustré sur la figure 8 par des flèches noires simples, entraîne la circulation dudit premier fluide caloporteur à travers la deuxième conduite de retour 66 depuis la première boucle de régulation thermique 40 vers la deuxième boucle de régulation thermique 42. On comprend dès lors qu'une majorité du premier fluide caloporteur en aval de l'organe de pompage retourne au sein de la culasse pour circuler dans le premier circuit de régulation thermique 14 et qu'une minorité du premier fluide caloporteur est dirigé à travers la deuxième conduite de retour 66, la deuxième boucle de régulation thermique 42 puis à travers la première conduite de retour 64 vers la première boucle de régulation thermique 40.
  • On comprend de ce qui précède que l'invention concerne principalement une culasse 1 comprenant deux circuits de régulation thermique distincts l'un de l'autre dans la culasse 1 et respectivement traversés par du fluide caloporteur, avec l'un des circuits de régulation thermique qui est spécifiquement réalisé dans l'épaisseur d'une paroi de la culasse traversée par une sortie de gaz d'échappement, de sorte que le fluide caloporteur circulant dans ce circuit réalisé spécifiquement puisse être chauffé grâce à la chaleur du gaz d'échappement produit. Cette caractéristique structurelle permet de pouvoir chauffer l'habitacle d'un véhicule dès le démarrage dudit véhicule sans avoir à attendre le chauffage des composants de la culasse 1.
  • La présente invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici et elle s'étend également à tout moyen et configuration équivalents ainsi qu'à toute combinaison techniquement opérante de tels moyens.

Claims (15)

  1. Culasse (1) d'un moteur à combustion interne d'un véhicule comprenant une chambre de combustion (6) s'étendant au travers d'un volume interne de la culasse (1) et une sortie d'échappement (8) s'étendant depuis l'au moins une chambre de combustion (6) vers l'extérieur de la culasse (1), au moins une paroi de la culasse participant à délimiter l'au moins une chambre de combustion étant creusée pour former un canal de circulation d'un premier fluide caloporteur formant partie d'un premier circuit de régulation thermique (14), caractérisée en ce qu'elle comporte un deuxième circuit de régulation thermique (16) distinct du premier circuit de régulation thermique (14) et dans lequel est apte à circuler un deuxième fluide caloporteur, le deuxième circuit de régulation thermique étant disposé au voisinage de la sortie d'échappement (8), la culasse (1) comprenant plusieurs parois longitudinales (10) parmi lesquelles une paroi longitudinale d'extrémité (10) participant à définir une enveloppe (4) de la culasse et dans laquelle débouche la sortie d'échappement (8), le deuxième circuit de régulation thermique (16) s'étendant dans l'épaisseur de la paroi longitudinale d'extrémité (10), la culasse (1) comprenant au moins une entrée de chauffage (26) et une sortie de chauffage (28) destinées à être fluidiquement reliées à un système de chauffage d'un habitacle du véhicule, le deuxième circuit de régulation thermique (16) s'étendant entre l'entrée de chauffage (26) et la sortie de chauffage (28) en passant au moins en partie autour de la sortie d'échappement (8) de la culasse (1), le deuxième circuit de régulation thermique (16) comprenant un premier conduit (30) et un deuxième conduit (32) s'étendant dans l'épaisseur de la paroi longitudinale d'extrémité (10), le premier conduit (30) et le deuxième conduit (32) s'étendant depuis l'entrée de chauffage (26) jusqu'à la sortie de chauffage (28) à travers la paroi longitudinale d'extrémité (10), le premier conduit (30) et le deuxième conduit (32) s'écartant localement en passant de part et d'autre de la sortie d'échappement (8).
  2. Culasse (1) selon la revendication précédente, dans laquelle le premier conduit (30) et le deuxième conduit (32) comprennent chacun une portion d'écartement (36) autour de la sortie d'échappement (8), les portions d'écartement (36) étant décalées verticalement par rapport à la sortie de chauffage (28).
  3. Culasse (1) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans laquelle une dimension minimale mesurée entre le deuxième circuit de régulation thermique (16) et le premier circuit de régulation thermique (14) est d'au moins deux millimètres.
  4. Culasse (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle le deuxième circuit de régulation thermique (16) est décalé transversalement par rapport au premier circuit de régulation thermique (14).
  5. Culasse (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle le deuxième circuit de régulation thermique (16) est configuré pour être fluidiquement relié à une passe d'un échangeur thermique (24) d'un système de ventilation, de chauffage et/ou d'air climatisé du véhicule, le fluide caloporteur circulant dans le deuxième circuit de régulation thermique (16) étant apte à échanger des calories avec un autre fluide circulant dans une deuxième passe dudit échangeur thermique (24).
  6. Culasse (1) selon la revendication 1 et comprenant deux parois latérales (12) s'étendant chacune dans un plan sécant à la dimension d'extension principale de la culasse (1) à l'une des extrémités longitudinales de la paroi longitudinale d'extrémité (10), l'entrée de chauffage (26) étant disposée sur la paroi longitudinale d'extrémité (10) tandis que la sortie de chauffage (28) est disposée sur l'une ou l'autre des parois latérales (12).
  7. Ensemble de culasse d'un moteur à combustion interne comprenant une culasse (1) caractérisée selon l'une quelconque des revendications précédentes et un couvre-culasse (2) participant à recouvrir au moins en partie le volume interne de l'enveloppe (4) de la culasse (1), le couvre-culasse (2) participant à définir au moins en partie le premier circuit de régulation thermique (14).
  8. Système de régulation thermique (38) d'une culasse (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant une première boucle de régulation thermique (40), dont le premier circuit de régulation thermique (14) est constitutif, et une deuxième boucle de régulation thermique (42), dont le deuxième circuit de régulation thermique (16) est constitutif, la première boucle de régulation thermique (40) comportant à l'extérieur de la culasse au moins un organe de pompage (56) configuré pour entraîner le premier fluide caloporteur en circulation au moins à travers la première boucle de régulation thermique (40) et la deuxième boucle de régulation thermique (42) comportant à l'extérieur de la culasse au moins un dispositif de pompage (62) configuré pour forcer la circulation du deuxième fluide caloporteur au sein de la deuxième boucle de régulation thermique (42), le système de régulation thermique (38) étant configuré pour faire circuler sélectivement le premier fluide caloporteur et le deuxième fluide caloporteur.
  9. Système de régulation thermique (38) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première boucle de régulation thermique (40) comprend par ailleurs, à l'extérieur de la culasse, une première ligne (44) et une deuxième ligne (46) s'étendant chacune depuis l'une des extrémités du premier circuit de régulation thermique (14) et jusqu'à l'autre extrémité du premier circuit de régulation thermique (14), lesdites extrémités du premier circuit de régulation thermique (14) étant formées par une entrée de fluide (48) et une sortie de fluide (50).
  10. Système de régulation thermique (38) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la bifurcation entre la première ligne (44), la deuxième ligne (46) et la sortie de fluide (50) du premier circuit de régulation thermique (14) est réalisée dans un boîtier de régulation (20) installé contre l'une des parois latérales (12) de l'enveloppe (4) disposées aux extrémités longitudinales de la culasse (1).
  11. Système de régulation thermique (38) selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que la première boucle de régulation thermique (40) comprend un réservoir (52) disposé sur la première ligne (44) et un échangeur de chaleur (54) installé sur la deuxième ligne (46).
  12. Système de régulation thermique (38) selon l'une des revendications 8 à 11, en combinaison avec la revendication 5, caractérisé en ce que la deuxième boucle de régulation thermique (42) comprend par ailleurs, à l'extérieur de la culasse, une conduite de chauffage (60) s'étendant entre la sortie de chauffage (28) et l'entrée de chauffage (26) de la culasse, l'échangeur thermique (24) et le dispositif de pompage (62) étant installés sur la conduite de chauffage (60).
  13. Système de régulation thermique (38) selon l'une des revendications 8 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte une première conduite de retour (64) et une deuxième conduite de retour (66) s'étendant chacune entre les deux boucles de régulation thermiques (40, 42).
  14. Système de régulation thermique (38) selon la revendication précédente, en combinaison avec la revendication 12, caractérisé en ce que la première conduite de retour (64) s'étend depuis la conduite de chauffage (60) jusqu'à l'organe de pompage (56) disposé sur la première boucle de régulation thermique (40) et en ce que la deuxième conduite de retour (66) s'étend entre le premier circuit de régulation thermique (14) et la conduite de chauffage (60).
  15. Procédé de régulation thermique d'une culasse (1) caractérisée selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant une phase de démarrage durant laquelle le deuxième fluide caloporteur circule à travers le deuxième circuit de régulation thermique (16) en captant des calories provenant des gaz circulant à travers la sortie d'échappement (8) pour les céder ensuite à un autre fluide, et une phase de roulage durant laquelle le premier fluide circule à travers le premier circuit de régulation thermique (14) en captant des calories de l'au moins une chambre de combustion (6) pour les céder ensuite à l'autre fluide.
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