FR3014485A1 - Moteur thermique de vehicule automobile a circuit de refroidissement perfectionne - Google Patents

Abstract

L'invention propose un moteur (10) thermique de véhicule automobile, comportant au moins un bloc (12) et une culasse (14) comprenant une partie inférieure (32) et une partie supérieure (36), ledit moteur (10) comportant une pompe (18) de refroidissement amont alimentant un circuit interne (20) de refroidissement aval qui comporte au moins une première portion aval (22) de circuit associée au bloc (12), une deuxième portion aval (30) de circuit associée à la partie (30) inférieure de la culasse (14) et une troisième portion (34) de circuit associée à la partie supérieure (36) de la culasse (14), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (38) de répartition du débit de liquide de refroidissement en aval de la pompe (18) en parallèle entre d'une part la deuxième portion (30) de circuit et d'autre part les première et troisième portion (22, 34) de circuit reliées l'une à l'autre.

Description

"Moteur thermique de véhicule automobile à circuit de refroidissement perfectionné" L'invention concerne un moteur thermique de véhicule automobile.

L'invention concerne plus particulièrement un moteur thermique de véhicule automobile, comportant au moins un bloc et une culasse comprenant une partie inférieure coiffant au moins une chambre de combustion et une partie supérieure, ledit moteur comportant une pompe de refroidissement amont alimentant en fluide de refroidissement un circuit interne de refroidissement aval, et ledit circuit aval comportant au moins une première portion aval de circuit permettant la circulation de liquide de refroidissement autour du bloc, une deuxième portion aval de circuit permettant la circulation de liquide de refroidissement dans la partie inférieure de la culasse et une troisième portion de circuit permettant la circulation de liquide de refroidissement dans la partie supérieure de la culasse. On connaît de nombreux exemples de moteurs thermiques comportant des circuits de refroidissement liquide.

Conventionnellement, un tel moteur thermique comporte un circuit de refroidissement liquide réalisé en deux parties, à savoir une première partie ou portion inférieure du circuit de refroidissement qui est agencée dans le bloc dudit moteur et qui qui circonvient les cylindres dudit bloc, et une seconde partie ou portion supérieure de circuit de refroidissement, qui est agencée dans la culasse dudit moteur. La deuxième portion communique avec la première portion de circuit de refroidissement par l'intermédiaire de conduits ménagés dans le bloc-moteur et dans la culasse, lesdits conduits étant agencés en regard et l'étanchéité entre lesdits conduits étant assurée par l'intermédiaire du joint de culasse du moteur qui est interposé entre le bloc et la culasse.

Cette conception donne généralement satisfaction pour des moteurs de performances réduites mais on a toutefois constaté qu'elle présentait un inconvénient dans le cas de moteurs plus fortement sollicités pour lesquels la combustion au sein des 5 chambres de combustion dégage une puissance calorifique élevée, qui impose donc un refroidissement particulièrement soigné de la culasse au voisinage des chambres de combustion. Pour remédier à cet inconvénient, on a proposé de manière connue un moteur comportant un circuit de refroidissement dit à 10 refroidissement séparé ou "split cooling" comportant de manière similaire à un moteur conventionnel une première portion de circuit de refroidissement associée au bloc du moteur et une seconde portion de circuit de refroidissement associée à la culasse. Les deux portions communiquent mais comportent 15 chacune une sortie séparée régulée par une vanne associée, qui permet de faire varier le débit de liquide de refroidissement dans ladite portion. Cette conception permet d'assurer un refroidissement plus efficace du moteur, notamment en permettant un refroidissement 20 différencié de ces deux portions de moteur. Ainsi, il est possible de réduire le débit dans la première portion pour provoquer une élévation rapide de la température de l'huile de lubrification du bloc, tout en augmentant le débit dans la seconde portion afin de favoriser le refroidissement de la culasse. 25 Néanmoins, cette conception ne permet pas de différencier les différentes zones de la culasse et de ce fait l'ensemble de la culasse est refroidi alors même que la partie supérieure de la culasse, éloignée des chambres de combustion et comportant des éléments lubrifiés tels qu'une distribution comportant par exemple 30 des arbres à came, devrait au contraire être peu refroidie pour provoquer une élévation rapide de la température de l'huile de lubrification.

Selon une troisième conception connue, on a proposé un moteur comportant un circuit de refroidissement comportant une première portion de circuit de refroidissement associée au bloc du moteur, une deuxième portion de circuit de refroidissement associée à une partie inférieure de la culasse et plus particulièrement aux chambres de combustions, et une troisième portion de circuit de refroidissement correspondant à une partie supérieure de la culasse et notamment à la distribution du moteur. Cette conception permet d'assurer un refroidissement plus efficace du moteur, néanmoins, les deuxième et troisième portions de circuit de refroidissement communiquant librement avec la première portion de circuit de refroidissement, elle ne permet pas de moduler le refroidissement du moteur au cours de son fonctionnement.

En particulier, la circulation du fluide de refroidissement s'effectue de la même manière dans toutes les portions de sorte que les première et troisième portions de circuit de refroidissement associées au bloc moteur et à la partie supérieure de la culasse sont soumises à une circulation de fluide trop importante qui s'oppose à l'élévation rapide de la température de l'huile de lubrification, tandis que la deuxième portion du circuit de refroidissement est soumise à une circulation du fluide insuffisante pour en assureur un refroidissement efficace. L'invention remédie à cet inconvénient en proposant un moteur du type décrit précédemment permettant de réguler le débit de liquide de refroidissement entre les première, deuxième et troisième portions de circuit de refroidissement de manière à favoriser le refroidissement des différentes zones du moteur en fonction de leurs besoins.

Dans ce but, l'invention propose un moteur du type décrit précédemment caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de répartition du débit de liquide de refroidissement en aval de la pompe en parallèle entre d'une part la deuxième portion de circuit et d'autre part les première et troisième portions de circuit reliées l'une à l'autre. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - les première et troisième portions de circuit sont reliées en série ; - la troisième portion de circuit est reliée en aval de la première portion de circuit, notamment par l'intermédiaire de conduits internes du bloc et de la culasse ; - la pompe est reliée à une portion du bloc qui alimente 10 d'une part la deuxième portion de circuit et d'autre part les première et troisième portions de circuit reliées l'une à l'autre ; - la pompe est reliée à un distributeur hydraulique externe au bloc qui alimente d'une part la deuxième portion de circuit et d'autre part les première et troisième portions de circuit reliées 15 l'une à l'autre ; - les moyens de répartition comportent une première vanne qui régule le débit des première et troisième portions de circuit reliées l'une à l'autre et une seconde vanne qui régule le débit de la deuxième portion de circuit ; 20 - les première et seconde vannes sont agencées respectivement toutes deux en amont ou bien en aval de la troisième portion de circuit et de la deuxième portion de circuit ; - le moteur comporte un conduit dit de by-pass qui relie la sortie de la deuxième portion de circuit à l'entrée de la première 25 portion de circuit ; - chaque vanne est une vanne pilotée, notamment une vanne pilotée électriquement ou par dépression ; - chaque vanne est une vanne thermostatique ; - le fluide de refroidissement circule dans chaque portion 30 de circuit longitudinalement suivant la direction d'alignement de cylindres du bloc ; - le fluide de refroidissement circule dans chaque portion de circuit transversalement par rapport à la direction d'alignement de cylindres du bloc. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un moteur conventionnel selon un premier état de la technique ; io - la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un moteur selon un deuxième état de la technique ; - la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un moteur selon l'invention. Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence 15 identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires. On a représenté à la figure 1 un moteur thermique 10 de véhicule automobile. De manière connue, le moteur thermique 10 comporte au 20 moins un bloc 12 et une culasse 14. De manière connue, le bloc 12 comporte un équipage mobile (non représenté), dont la lubrification est assurée par de l'huile, et des cylindres 16, associés à l'équipage mobile du moteur dans lesquels coulissent des pistons (non représentés) 25 dudit moteur. La culasse 14 qui coiffe le bloc 12 comporte une partie inférieure 32 abritant des chambres de combustion (non représentées) qui coiffent les cylindres 16 et qui sont soumises à des températures élevées lors du fonctionnement du moteur 10, 30 et une partie supérieure 36 recevant par exemple une distribution du moteur alimentée en huile de lubrification.

Le moteur 10 comporte de manière connue une pompe de refroidissement amont 18 qui alimente en fluide de refroidissement un circuit 20 interne de refroidissement aval. Le circuit 20 aval de refroidissement comporte une première portion 22 aval de circuit permettant la circulation du liquide de refroidissement autour du bloc 12 et une seconde portion aval de circuit 24 permettant la circulation du liquide de refroidissement de manière globale dans les deux parties 32, 36 de la culasse 14.

Dans une conception conventionnelle, la pompe 18 alimente la première portion 22 de circuit de refroidissement qui alimente à son tour la seconde portion 24 de circuit de refroidissement dont la sortie est à nouveau reliée à l'entrée de la pompe 18.

Cette conception connue ne permet pas de répartir le débit de liquide de refroidissement entre le bloc 12 et la culasse 14, de sorte que le débit de liquide de refroidissement est trop élevé pour le bloc 12, et s'oppose ainsi à une élévation rapide de la température de l'huile, en même temps qu'il est insuffisant pour la culasse 14, et s'oppose ainsi à un refroidissement efficace des chambres de combustion. Pour remédier à cet inconvénient, on a proposé, selon une première conception connue représentée à la figure 1, de réaliser un circuit de refroidissement interne 20 dit "à refroidissement séparé" ou "split cooling" dans lequel la circulation du liquide de refroidissement au sein du bloc 12 et au sein de la culasse 14 est réduite. A cet effet, selon cette conception, le débit peut être régulé indépendamment au sein du bloc 12 et de la culasse 14, comme représenté à la figure 1, par l'adjonction de vannes respectives 26, 28 agencées en sortie de la première portion 22 et de la seconde portion 14 de manière à établir un débit différencié entre le bloc 12 et la culasse 14.

Toutefois, cette conception ne permet qu'un refroidissement global de la culasse 14 et ne permet pas de distinguer les différentes parties 32, 36 de la culasse 14. Or, la culasse 14 nécessite un refroidissement accru de sa partie inférieure 32 correspondant aux chambres de combustion, alors que sa partie supérieure 36 correspondant sensiblement à la distribution dans laquelle circule de l'huile de lubrification, nécessite au moins lors du démarrage du moteur un refroidissement limité de manière à permettre une élévation rapide de la température de l'huile de lubrification. Pour remédier à cet inconvénient, on a déjà proposé, comme l'illustre la figure 2, un moteur 10 comportant trois portions de circuit de refroidissement. Selon cette deuxième conception connue, le moteur 10 comporte une première portion 22 de circuit permettant la circulation du liquide de refroidissement autour du bloc 12, une deuxième portion 30 de circuit permettant la circulation du liquide de refroidissement dans la partie inférieure 32 de la culasse, et une troisième portion de circuit 34 permettant la circulation du liquide de refroidissement dans la partie supérieure 36 de la culasse 14. La première portion 22 de circuit alimente la deuxième portion 30 qui alimente à son tour la troisième portion, et une vanne 40 de régulation est agencée est aval de la troisième portion du circuit pour réguler de manière global le débit au sein du circuit 20 de refroidissement. Selon cette conception, la culasse 14 comporte donc deux portions 30 et 34 de circuit de refroidissement permettant un meilleur échange entre les différentes parties 32, 36 de la 30 culasse. Toutefois, les première à troisième portions de circuit 22, 30, 34 de refroidissement étant agencées en série les unes avec les autres, le débit de liquide de refroidissement qui traverse les différentes portions de circuit est le même, et il ne peut donc, de ce fait, être optimisé de manière à différencier les différentes portions 22, 30, 34 de circuit de refroidissement. L'invention remédie à ces inconvénients en proposant un moteur thermique du type décrit précédemment combinant les avantages d'un circuit 20 de refroidissement dont la circulation au sein de la culasse 14 est différenciée entre d'une part une deuxième portion 30 associée à une partie inférieure 32 de la culasse 14 et d'autre part une première portion 20 de circuit associée au bloc 12 et une troisième portion 34 associée à une partie supérieure 36 de la culasse, de manière à proposer un circuit 20 interne de refroidissement permettant un refroidissement optimisé des différentes parties du moteur. Dans ce but, l'invention propose un moteur thermique 10 du type décrit précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens 38 de répartition du débit du liquide de refroidissement en aval de la pompe 18 en parallèle entre d'une part, la deuxième portion 30 de circuit associé à la partie inférieure 32 de la culasse et, d'autre part, les première et troisième portions 22, 34 de circuit associées au bloc 12 et à la partie supérieure 36 de la culasse 14 reliées l'une à l'autre. Plus particulièrement, comme l'illustre la figure 3, la première portion 22 de circuit associée au bloc 12 et la troisième portion de circuit 34 associée à la partie supérieure 36 de la culasse 14, sont reliées en série. De manière connue, la troisième portion de circuit 34 est reliée en aval de la première portion de circuit 22, notamment par l'intermédiaire de conduits internes (non représentés) du bloc 12 et de la culasse 14 qui sont mis en regard les uns avec les autres et dont l'étanchéité est assurée par un joint de culasse du moteur 10 interposé entre la culasse 14 et le bloc 12 de manière conventionnelle.

Selon la conception qui a été représentée à la figure 3, la pompe 18 est reliée à une portion du bloc 12 qui alimente, d'une part, la deuxième portion de circuit associée à la partie inférieure 32 de la culasse 14 et, d'autre part, l'ensemble constitué de la première portion de circuit 22 associée au bloc 12 et de la troisième portion de circuit 34 associée à la partie supérieure 36 de la culasse 14. Cette conception n'est pas limitative de l'invention. En particulier, pour éviter qu'une partie du débit de liquide de refroidissement dévolue à la deuxième portion 30 de circuit associée à la partie inférieure 32 de la culasse ne circule préalablement dans le bloc 12, il est possible d'envisager que la pompe 18 soit reliée à un distributeur hydraulique (non représenté) externe au bloc 12 qui alimenterait, d'une part, la deuxième portion de circuit 30 et, d'autre part, les première et troisième portion de circuit 22, 34 reliées l'une à l'autre. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, les moyens 38 de répartition comportent une première vanne 26 qui régule le débit des première et troisième portions de circuit 22, 34 reliées l'une à l'autre et une seconde vanne 28 qui régule le débit de la deuxième portion 30 de circuit. Comme on l'a représenté à la figure 3, les première et seconde vannes 26, 28 sont agencées toutes deux respectivement en aval de la deuxième portion de circuit 30 et de la troisième portion de circuit 34, et elles sont agencées en amont de la pompe 18 de refroidissement. Cette configuration n'est pas limitative de l'invention et les première et seconde vannes 26, 28 pourraient être agencées en amont des portions de circuit correspondantes et en aval du distributeur hydraulique. Notamment, la première vanne 26 pourrait être agencée en amont de la deuxième portion 30 de circuit de refroidissement et la seconde vanne 28 pourrait être agencée en amont de la première portion 22 de circuit de refroidissement. Toutefois, on remarquera que cette conception nécessite l'implantation des vannes respectivement au sein du bloc 12 et de la culasse 14 et est moins aisée à mettre en oeuvre que selon la configuration précédemment décrite dans laquelle les vannes sont agencées en aval des portions de circuit de refroidissement. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, le moteur 10 comporte par ailleurs un conduit 41 dit "de by-pass" qui relie directement la sortie de la deuxième portion de circuit 30 à l'entrée de la première portion de circuit 22. Ce conduit de "by-pass" est relié, d'une part, en aval de la deuxième portion 30 de circuit et en amont de la première vanne 26, et, d'autre part, à l'entrée de la première portion 22 de circuit de manière à favoriser le brassage du liquide de refroidissement au sein de la partie inférieure 32 de la culasse 12, ce qui permet d'assurer l'homogénéité de la montée en température du moteur au voisinage des chambres de combustion dudit moteur dans la partie inférieure 32 de la culasse.

Tout moyen connu de l'état de la technique peut être utilisé pour la bonne mise en oeuvre de ces première et seconde vannes 26 et 28. De manière connue, les première et seconde vannes 26, 28 peuvent être des vannes pilotées électriquement, par exemple par l'intermédiaire de servomoteurs, ou des vannes pneumatiques 26, 28 pilotées par dépression. En variante, les première et seconde vannes 26, 28 peuvent être des vannes thermostatiques dont le tarage, c'est-à-dire la température déclenchant l'ouverture de ladite vanne, est prédéfini de manière à favoriser le refroidissement sélectif des première et troisième portions 22, 34, d'une part, et de la deuxième portion 30 de circuit de refroidissement, d'autre part.

Selon le mode de réalisation qui a été représenté à la figure 3, la circulation du fluide de refroidissement dans le moteur 10 a été représentée suivant la direction d'alignement "L" des cylindres 16 du bloc 12.

Cette configuration, aussi connue sous le nom de circulation longitudinale, permet d'assurer de manière connue un débit efficace du fluide de refroidissement au sein des différentes portions 22, 30, 34 dudit circuit de refroidissement. Toutefois, cette configuration n'est pas limitative de io l'invention et le fluide de refroidissement pourrait circuler dans chaque portion de circuit 22, 30 ou 34 transversalement par rapport à ladite direction "L" d'alignement des cylindres 16 du bloc de manière à assureur des échanges thermiques réguliers au voisinage de chacun des cylindres 16 et/ou chambres de 15 combustion dudit moteur. L'invention permet donc de proposer un circuit 20 de refroidissement perfectionné assurant un refroidissement sélectif des différentes parties du moteur en fonction de leurs besoins et de leurs contraintes, ce qui permet, d'une part, d'améliorer la 20 fiabilité dudit moteur, par exemple en assurant un refroidissement efficace de la partie inférieure 32 de la culasse 14, et d'améliorer les performances dudit moteur 10 en assurant une montée en température de l'huile de lubrification plus rapide que dans un moteur conventionnel, gage de frottements réduits et de 25 performances accrues.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Moteur (10) thermique de véhicule automobile, comportant au moins un bloc (12) et une culasse (14) comprenant une partie inférieure (32) coiffant au moins une chambre de combustion et une partie supérieure (36), ledit moteur (10) comportant une pompe (18) de refroidissement amont alimentant en fluide de refroidissement un circuit interne (20) de refroidissement aval, et ledit circuit aval (20) comportant au moins une première portion aval (22) de circuit permettant la circulation de liquide de refroidissement autour du bloc (12), une deuxième portion aval (30) de circuit permettant la circulation de liquide de refroidissement dans la partie (30) inférieure de la culasse (14) et une troisième portion (34) de circuit permettant la circulation de liquide de refroidissement dans la partie supérieure (36) de la culasse (14), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (38) de répartition du débit de liquide de refroidissement en aval de la pompe (18) en parallèle entre d'une part la deuxième portion (30) de circuit et d'autre part les première et troisième portions (22, 34) de circuit reliées l'une à l'autre.
2. 2. Moteur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les première et troisième portions (22, 34) de circuit sont reliées en série.
3. 3. Moteur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la troisième portion (34) de circuit est reliée en aval de la première portion (22) de circuit, notamment par l'intermédiaire de conduits internes du bloc (12) et de la culasse (14).
4. 4. Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pompe (18) est reliée à une portion du bloc (12) qui alimente d'une part la deuxième portion (30) de circuit et d'autre part les première et troisième portions (22, 34) de circuit reliées l'une à l'autre.
5. 5. Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pompe (18) est reliée à un distributeur hydraulique externe au bloc (12) qui alimente d'une part la deuxième portion de circuit (30) et d'autre part les première et troisième portions de circuit (22, 34) reliées l'une à l'autre.
6. 6. Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (38) de répartition comportent une première vanne (26) qui régule le débit des première et troisième portions (22, 34) de circuit reliées l'une à l'autre et une seconde vanne (28) qui régule le débit de la deuxième portion (30) de circuit.
7. 7. Moteur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les première et seconde vannes (26, 28) sont agencées respectivement toutes deux en amont ou bien en aval de la troisième portion (34) de circuit et de la deuxième portion (28) de circuit.
8. 8. Moteur (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit (41) dit de bypass qui relie la sortie de la deuxième portion (30) de circuit à l'entrée de la première portion (22) de circuit.
9. 9. Moteur (10) selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que chaque vanne (26, 28) est une vanne pilotée, notamment une vanne pilotée électriquement ou par dépression.
10. 10. Moteur selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que chaque vanne (26, 28) est une vanne thermostatique.
11. 11. Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide de refroidissement circule dans chaque portion (22, 30, 34) de circuit longitudinalement suivant une direction (L) d'alignement des cylindres (16) du bloc (12).
12. 12. Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le fluide de refroidissement circule dans chaque portion (22, 30, 34) de circuit transversalement par rapport à une direction d'alignement (L) des cylindres (16) du bloc (12).