FR3069286B1 - Culasse a double noyau d’eau - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une culasse de moteur à combustion interne comportant une première partie qui s'étend au niveau haut des cylindres, dite partie interne, et une seconde partie qui s'étend entre la partie interne et l'extérieur de la culasse, dite partie externe, et un noyau d'eau (10) dans lequel un fluide de refroidissement comportant une entrée et une sortie de fluide de refroidissement couplées à des conduits d'alimentation et d'évacuation du fluide de refroidissement présentant une surface globale de section droite (S1) donnée à l'entrée et à la sortie du fluide. Le noyau d'eau (10) est partagé en deux noyaux secondaires (30, 40), un noyau interne (30) secondaire agencé dans ladite partie interne de culasse et un noyau externe (40), secondaire agencé dans la partie externe de culasse. De plus, les noyaux secondaires (30, 40) présentent des sections droites (S3, S4,) dans un même plan de découpe qui, additionnées entre elles, restent inférieures à chacune des surfaces globales de section droite à l'entrée (S1) et à la sortie du fluide.

Description

CULASSE A DOUBLE NOYAU D’EAU

[0001]La présente invention se rapporte à une culasse pour moteur à combustion interne comportant un double noyau d’eau de refroidissement de la culasse.

[0002] Les systèmes de refroidissement généralement utilisés comprennent un noyau d'eau constitué de canaux de circulation dans la culasse d'un fluide de refroidissement des zones sensibles de la culasse, notamment les zones thermiquement très sollicitées et les zones entourant les éléments interagissant avec la culasse, tels que les soupapes, l'injecteur de carburant, et les sièges d’échappement. La température interne à la culasse et la température des gaz d’échappement émis augmentant avec la mise en place des nouvelles normes européennes, le système de refroidissement de la culasse doit être d’autant plus performant.

[0003] Un noyau d’eau 10 de culasse connu actuellement est par exemple illustré en perspective coupée sur la figure 1. Sur cette figure, le noyau d’eau 10 laisse apparaître dans le plan P la section d’un canal 1 partagé en deux, et d’un canal 2, non partagé. Ce noyau d’eau 10 est creusé d’alésages 4 pour pistons, et d’alésages 3 pour conduits d’admission ou d’échappement. Le noyau d’eau 10 dispose d’un canal 2 trop grand pour refroidir la partie de culasse entre deux alésages 4 pour pistons, appelée inter-fût, ce qui crée un refroidissement insuffisant pour les sièges d’échappement des moteurs actuels.

[0004] Pour atteindre et refroidir les zones sensibles de la culasse, et en particulier la zone près des bougies et de l’injecteur, le document FR 2 882 791 propose un noyau d’eau comprenant trois canaux d’eau de refroidissement, deux canaux concentriques et un canal transversal s’étendant entre les canaux concentriques. Cependant le fluide circule trop lentement dans ces canaux et le refroidissement de la culasse manque alors d’efficacité. De même, dans le but d’optimiser le refroidissement de la culasse, le document FR 2 945 463 divulgue un double noyau, un noyau inférieur et un noyau supérieur. Dans ces conditions, le liquide de refroidissement circule trop lentement pour un refroidissement suffisamment efficace.

[0005] Par ailleurs, le document FR 2 899 501 décrit une culasse de moteur à combustion comprenant un noyau d’eau muni d’une partie de dégazage des bulles d’air pouvant se trouver dans l’eau de refroidissement.

[0006]Aucune des solutions proposées dans les documents ci-dessus un refroidissement ne permet un refroidissement particulièrement efficace dans les zones sensibles d’une culasse de moteur à combustion interne.

[0007] L’invention vise précisément à améliorer l’efficacité de ce refroidissement et, pour ce faire, prévoit d’accélérer la circulation du fluide de refroidissement dans la culasse.

[0008]A ce titre, la présente invention a pour objet une culasse de moteur à combustion interne comportant une première partie qui s’étend au niveau haut des cylindres, dite partie interne, et une seconde partie qui s’étend entre la partie interne et l’extérieur de la culasse, dite partie externe, ainsi qu’au moins un noyau d’eau dans lequel un fluide de refroidissement est destiné à circuler, le noyau d’eau comportant une entrée et une sortie de fluide de refroidissement couplées à des conduits d’alimentation et d’évacuation du fluide de refroidissement présentant une surface globale de section droite donnée à l’entrée et à la sortie du fluide. Dans cette culasse, le noyau d’eau est partagé en au moins deux noyaux secondaires, un noyau interne secondaire agencé dans ladite partie interne de culasse et un noyau externe secondaire agencé dans la partie externe de culasse. De plus, les noyaux secondaires présentent des sections droites dans un même plan de découpe qui, additionnées entre elles, restent inférieures à chacune des surfaces globales de section droite à l’entrée et à la sortie du fluide.

[0009] Dans ces conditions, l’augmentation de la vitesse du fluide de refroidissement générée par la réduction de l’ensemble des sections des noyaux secondaires par rapport aux sections d’entrée ou de sortie permet de refroidir le moteur plus rapidement. Un autre avantage réside dans l’augmentation de la surface de contact et de la qualité de contact entre le liquide de refroidissement et les parties chaudes de la culasse (injecteur, chambre de combustion, sièges d’échappement, etc.) du fait de l’augmentation de pression du fluide de refroidissement. Cette solution présente également l’avantage de ne plus nécessiter de dégazage.

[0010] Selon des caractéristiques préférées : - la somme des surfaces des sections droites des noyaux secondaires est inférieure de 5% à 20% à chacune des surfaces globales de section droite à l’entrée et à la sortie; - la surface de la section droite de chacun des noyaux secondaires est calculée en fonction du besoin de refroidissement local; - les noyaux secondaires sont partagés par une séparation en aluminium.

[0011] L’invention se rapporte également à un moteur à combustion interne équipé d’un carter cylindre contenant des organes fonctionnels de ce moteur et comportant une culasse telle que définie ci-dessus disposée sur le carter cylindre. De plus l’invention a pour objet un véhicule automobile équipé d’un tel moteur.

[0012] Selon certains modes de réalisation préférés : - la forme de séparation en aluminium suit la forme des organes fonctionnels à refroidir ; - le noyau interne secondaire est agencé au plus près des organes fonctionnels du carter cylindre ; - le noyau interne secondaire est alimenté en liquide de refroidissement via le carter cylindre ; - le noyau externe secondaire est alimenté en liquide de refroidissement via la culasse; - dans le cas où l’alimentation en fluide de refroidissement des deux noyaux secondaires est réalisée par un seul conduit, un déflecteur (non représenté) agencé dans le carter cylindre partage le flux de liquide de refroidissement entre les noyaux d’eau secondaires.

[0013] Dans le présent texte, les qualificatifs « supérieur >> et « inférieur >> « sur », « sous >>, se rapportent aux localisations d’éléments par rapport/en référence aux équipements positionnés en utilisation standard. Les qualificatifs « interne >> et « externe >> se réfèrent à la position d’éléments internes ou externes à une culasse. Sur les figures, des éléments identiques (ou analogues) sont repérés par un même signe de référence qui renvoie au(x) passage(s) de la description qui le mentionne(nt).

[0014] D’autres données, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description non limitée qui suit, en référence aux figures annexées qui représentent, respectivement : - la figure 1, une coupe de vue en perspective partielle d’un noyau d’eau de culasse de l’état de la technique (déjà commentée); - la figure 2a, une vue d’un noyau d’eau présentant une limite de séparation de ce noyau en deux noyaux secondaires selon l’invention; - les figures 2b et 2c, les deux noyaux secondaires du noyau de la figure 2a après partage; - la figure 3, une comparaison entre une vue en coupe d’un noyau unique et une vue en coupe des deux noyaux selon l’invention avant et après partage; et - les figures 4a et 4b, des vues en perspective du noyau unique et du noyau partagé en deux noyaux secondaires mettant en évidence les entrées d’eau.

[0015] En référence à la figure 2a, le noyau 10 - dans lequel de l’eau comme fluide de refroidissement est destiné à circuler - présente une limite de séparation 7 (en traits pointillés) en deux parties selon l’invention. Sur ce noyau 10 sont visibles des conduits d’admission et d’échappement 3, des alésages pour pistons 4, et des inter-fûts 5 placés entre deux alésages pour pistons 4. Cette limite de séparation 7 présente un parcours sinueux qui suit la forme des organes fonctionnels à refroidir.

[0016] Les figures 2b et 2c montrent les deux noyaux secondaires 30 et 40 qui résultent du partage du noyau 10 de la figure 2a: le noyau interne secondaire 30, agencé dans une partie interne de culasse (non représentée) au plus près des organes fonctionnels du carter cylindre (non représenté), et un noyau externe secondaire 40 agencé dans une partie externe de culasse (non représentée), et positionné au-dessus du noyau interne (cf. figure 3 ci-dessous commentée).

[0017] La figure 3 présente une vue en coupe des deux noyaux 30 et 40 selon l’invention, comparés à la vue du noyau unique 10 avant partage. Le plan P’ de la vue en coupe découpe des surfaces de section droite S3 et S4 dans les noyaux secondaires 30 et 40. Le total des aires de ces surfaces S3 et S4, additionnées entre elles, reste inférieur à l’aire de la surface de section droite S1 de l’entrée du fluide de refroidissement du noyau unique 10 avant partage.

[0018] Dans l’exemple illustré, les aires A1, A3 et A4 des sections de noyau S1, S3 et S4 de la figure 3 correspondent à une diminution de 12% de la somme des aires A3 et A4 des sections des noyaux secondaires (S3 + S4), par rapport à l’aire A1 la surface globale de section droite S1 de l’entrée de liquide de refroidissement.

[0019]L‘espace entre les noyaux secondaires 30 et 40 est comblé par une séparation en aluminium 8. La somme des volumes des noyaux secondaires 30, 40 et d’aluminium 8 est constante et égale au volume du noyau 10: un compromis est alors recherché afin d’obtenir l’effet d’augmentation de vitesse recherché par la diminution des volumes des noyaux secondaires, sans augmenter l’épaisseur d’aluminium dans une proportion telle qu’elle risque de créer des problèmes de faisabilité en fonderie et de dégrader les échanges thermiques. Un tel compromis conduit, dans l’exemple illustré, à une diminution de volume de 12% et plus généralement entre 5% et 20% suivant la configuration des culasses et des matériaux utilisés (aluminium, titane, etc.).

[0020] La figure 4a présente une vue en perspective du noyau unique 10 mettant en évidence l’entrée de liquide de refroidissement 11, alimentée par la culasse (non représentée), et la figure 4b présente une vue en perspective des deux noyaux secondaires interne et externe, 30 et 40, qui remplacent le noyau unique 10. Le noyau interne secondaire 30 apparaît sous le noyau externe secondaire 40, et au travers des alésages pour pistons 4.

[0021] Le noyau interne secondaire 30 est alimenté en liquide de refroidissement via son entrée 31 par le carter cylindre (non représenté), alors que le noyau externe secondaire 40 est alimenté en liquide de refroidissement via son entrée 41 par la culasse (non représentée).

[0022] Dans le cas où l’alimentation en fluide de refroidissement des deux noyaux secondaires 30 et 40 est réalisée par un seul conduit, un déflecteur (non représenté) agencé dans le carter cylindre partage le flux de liquide de refroidissement entre ces noyaux secondaires.

[0023] L’intérêt supplémentaire d’un tel noyau d’eau partagé en deux noyaux secondaires est une bonne tenue mécanique et thermomécanique de la culasse dans les moteurs devant respecter des normes de plus en plus contraignantes concernant le refroidissement.

[0024] L’invention n’est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés. Ainsi le partage du noyau d’eau en deux noyaux secondaires peut être réalisé dans une partie uniquement de la culasse. Par ailleurs, le liquide de refroidissement peut être autre que de l’eau.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS
2. 1. Culasse de moteur à combustion interne comportant une première partie qui s’étend au niveau haut des cylindres, dite partie interne, et une seconde partie qui s’étend entre la partie interne et l’extérieur de la culasse, dite partie externe, et au moins un noyau d’eau (10) dans lequel un fluide de refroidissement est destiné à circuler, le noyau d’eau (10) comportant une entrée (9) et une sortie de fluide de refroidissement couplées à des conduits d’alimentation et d’évacuation (1,2) du fluide de refroidissement présentant une surface globale de section droite (S1) donnée à l’entrée et à la sortie du fluide, caractérisée en ce que le noyau d’eau (10) est partagé en au moins deux noyaux secondaires (30, 40), un noyau interne (30) secondaire agencé dans ladite partie interne de culasse et un noyau externe (40) secondaire agencé dans la partie externe de culasse, et en ce que les noyaux secondaires (30, 40) présentent des sections droites (S3, S4,) dans un même plan de découpe qui, additionnées entre elles, restent inférieures à chacune des surfaces globales de section droite à l’entrée (S1) et à la sortie du fluide. 2. Culasse de moteur à combustion interne selon la revendication 1, dans laquelle la somme des surfaces des sections droites (S3, S4) des noyaux secondaires (30, 40) est inférieure de 5% à 20% à chacune des surfaces globales de section droite à l’entrée (S1) et à la sortie.
3. 3. Culasse de moteur à combustion interne selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans laquelle les noyaux secondaires (30, 40) sont partagés par une séparation (8) en aluminium.
4. 4. Moteur à combustion interne, équipé d’un carter cylindre contenant des organes fonctionnels de ce moteur, caractérisé en ce qu’il comporte une culasse selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 disposée sur le carter moteur.
5. 5. Moteur à combustion interne selon la revendication précédente, dans lequel la forme de la séparation (8) en aluminium suit la forme des organes fonctionnels à refroidir.
6. 6. Moteur à combustion interne selon l’une quelconque des revendications 4 ou 5, dans lequel le noyau interne secondaire (30) est agencé au plus près des organes fonctionnels du carter cylindre.
7. 7. Moteur à combustion interne selon la revendication précédente, dans lequel le noyau interne secondaire (30) est alimenté en liquide de refroidissement via le carter cylindre.
8. 8. Moteur à combustion interne selon l’une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel le noyau externe secondaire (40) est alimenté en liquide de refroidissement via la culasse.
9. 9. Moteur à combustion interne selon l’une quelconque des revendications 4 à 8, dans lequel, dans le cas où l’alimentation en fluide de refroidissement des deux noyaux secondaires (30, 40) est réalisée par un seul conduit (9), un déflecteur agencé dans le carter cylindre partage le flux de liquide de refroidissement entre les noyaux d’eau secondaires (30, 40).
10. 10. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu’il comporte au moins un moteur à combustion interne selon l’une quelconque des revendications 4 à 9.