Brevet FR2422031A1 — publié le 19791102

L'invention concerne les moteurs à combustion interne à refroidissement par eau des tubulures et du collecteur d'échappement des gaz chauds. Certains moteurs classiques a combustion interne possèdent une culasse sur un seul et même plan de laquelle s'effectuent l'admission de l'air frais et l'échappement des gaz chauds de combustion. Une telle caractéristique est dictée par des impératifs de construction. Lorsque de tels moteurs doivent fonctionner en atmosphère comburante, il devient nécessaire d'abaisser le plus possible Les températures de surface des tubulures d'échappement et la température des gaz d'échappement, et à un refroidissement par air de ces tubulures d'échappement doit entre substitué un refroidissement par eau.Lorsque les tubulures d'admission et d'échappement, bien que disposées d'un même c8té de la culasse, peuvent entre raccordées à la culasse de manière que le circuit d'admission et le circuit d'échappement, collecteurs respectifs compris, soient nettement séparés, le refroidissement par eau du circuit d'échappement ne pose pas de problème particulier. Par contre, lorsque pur es raisons d'encombrement, le collecteur d'admission et le collecteur d'échappement doivent être réunis dans un mEme collecteur général d'admission et d'échappement, le refroidissement par eau du circuit d'échappement pose effectivement un problème, En effet, dans ce dernier cas, le circuit d'eau de refroidissement, qui enveloppe tout le circuit d'échappement des gaz, se trouve également an contact du collecteur d'admission et est en plus traversé par les tubulures d'admission d'air, et l'air admis dans le moteur se trouve ainsi réchauffé par conductibilité au contact du circuit d'eau de refroidissemant des gaz chauds d'échappement. L'air entre alors dans le moteur à une température supérieure à la température ambiante, ce qui est préjudiciable à un bon rendement du moteur. La présente invention vise donc à remédier à un tel inconvénient. A cet effet, la présente invention concerne un moteur à combustion interne, comprenant au moins une culasse, un circuit de refroidissement par eau comportant un radiateur, des moyens agencés pour augmenter le débit d'air traversant le radiateur, des tubulures d'admission d'air de combustion et un collecteur d'admission, des tubulures d'échappement des gaz chauds et un collecteur d'échappement, les tubulures d'admission et les tubulures d'échappement étant raccordées à une même platine de la culasse, une enveloppe de refroidissement des tubulures et du collecteur d'échappement dans laquelle circule l'eau de refroidissement, les tubulures et collecteurs d'admission et d'échappement étant logés dans un même collecteur général d'admission et d'échappement s'étendant tout le long de la culasse, de sorte que l'enveloppe de refroidissement est traversée par les tubulures d'admission, moteur caractérisé par le fait que le collecteur d'admission et l'enveloppe de refroidissement des tubulures et collecteur d'échappement sont séparés par une lame d'air contenue dans une chambre s'étendant sur toute la longueur du collecteur général. Grâce à la présente invention, le collecteur d'admission dtair de combustion se trouve donc isolé de l'enveloppe de refroidissement du circuit d'échappement, et lafs frais de combustion, qui n'est par conséquent plus réchauffé au niveau du collecteur d'ad- omission, pénètre dans le moteur i une température plus proche de la température ambiante que dans les moteurs connus. Cependant pour les fortes puissances de moteur, la seule iso lation du collecteur d'admission d9 l'enveloppe de refroidissement par une lame d'air n'est pas suffisante pour abaisser convenablement la température de l'air de combustion admis dans le moteur. Dans ce but, et dans une forme de rê1isation préférée du moteur de l'invention, chacune des tubulures d'admission d'air de combustion est logée dans une chemise de refroidissement raccordée, d'une part, à un manchon associé d'entrée d'air de refroidissement débouchant à l'extérieur du collecteur général et, d'autre part, à la chambre contenant la lame d'air et séparant le collecteur dtad- missioli et l'enveloppe de refroidissement, la chambre étant fermée longitudinalement et à l'une des de extrémités latérales du collecteur général, de manière que les moyens d'augmentation du débit d'air à travers le radiateur créent un courant d'air entre les manchons d'entrée d'air de refroidissement et l'autre extrémité latérale du collecteur général. Dans cette dernière forme de réaLisation préférée du moteur de l'invention, il se produit donc un appel d'air extérieur dans les manchons de refroidissement qui,en traversant ensuite les chemises respectives enveloppant les tubulures d'admission d'air de combustion,les refroidissent ainsi fort avantageusement, les moyens pour augmenter le débit d'air traversant le radiateur peuvent être un ventilateur soufflant, disposé généralement devant l'extrémité latérale antérieure de la culasse, et donc du collecteur général, et derrière le radiateur du circuit de refroidissement par eau, ce ventilateur créant une dépression à l'extré- mité latérale antérieure du collecteur général.Dans ce cas, la chambre de séparation est fermée à l'extrémité latérale postérieure du collecteur général, et l'air de refroidissement du circuit d'admission d'air circule des manchons de refroidissement vers le ventilateur soufflant. les moyens d'augmentation du débit d'air peuvent aussi être une turbine aspirante, disposée à la place du ventilateur soufflant, cette turbine créant par contre une dépression à l'extrémité latérale postérieure du collecteur générale Dans ce cas, la chambre de séparation est fermée à l'extrémité latérale antérieure du collecteur général, et l'air de refroidissement du circuit d'admission d'air circule des manchons de refroidissement en direction opposée à la turbine. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'une forme de réaliation préférée du moteur de l'invention, représentée sur le dessin annexé, sur lequel : - la fig. 1 est une vue latérale schématique du moteur de l'invention ; - la fig. 2 est une vue en coupe transversale du moteur de l'invention suivant la ligne Il-Il de la fig. 1, et -la fig. 3 est une vue en coupe d'une tubulure d'admission suivant la ligne III-III de la fig. 2. La fig. 1 représente schématiquement un moteur à combustion interne 1 perfectionné conformément à la présente invention. IR moteur 1 est un moteur en ligne à six cylindres, mais l'invention n'est limitée ni à un moteur en ligne, ni à un moteur à six cylindres, Les chambres de combustion du moteur 1 sont formées dans une culasse 2, et chacune d'entre elles est matérialisée sur la fig. 1 par un axe 3 d'un orifice d'admission d'air frais et un axe 4 d'un orifice d'échappement de gaz brûlés chauds. Le moteur 1 comprend un circuit, non représenté, de refroidissement forcé par eau avec des moyens de pompage, non plus représentés, pour assurer la circulation de l'eau dans le circuit, et un radiateur 5, dans lequel l'eau chaude qui y circule, échange une certaine quantité de chaleur avec l'air ambiant, Afin que cet échange soit suffisant, un ventilateur soufflant 6 augmente le débit d'air traversant le radiateur 5, L'air soufflé par le ventilateur 6 circule de l'arrière vers l'avant du moteur dans le sens de la flache 7, c'est-à-dire de la gauche vers la droite sur la figure. L'invention ne portant pas sur le bloc-moteur proprement dit, il n'est pas nécessaire de le décrire plus avant, De façon connue en soi, et en référence à la fig. 2, La culasse 2 du moteur de l'invention porte une platine 8 par laquelle les orifices alternés d'admission et d'échappement 3, 4 des chambres de combustion sont raccordes respectivement à des tubulures d'admission 9 et des tubulures d'échappement 10, ainsi disposées d'un mEme cSté de la culasse 2, pour des impératifs de construction. Pour des raisons d'encombrement, les tubulures d'admission 9 et les tubulures d'échappement 10 débouchent respectivement dans un collecteur d'admission d'air frais 11 s'étendant longitudinalement à la culasse du moteur et dans un collecteur d'échappement des gaz brtlés 12 s'étendant aussi longitudinalement à la culasse du tnoteur, et qui sont tous deux réunis dans un m8me collecteur général d'admission et d'échappement 13. les chambres de combustion 3, 4 étant disposées en ligne dans le sens longitudinal du moteur 1, les axes respectifs des tubulures d'admission 9 et des tubulures d'échappement 1O, à leurs extrémités de raccordement à la platine 8, sont confondus, sur la vue en coupe transversale de la fig. 2, en un mEme axe 14. L'extrémité latérale antérieure du collecteur d'échappement 12 débouche sur l'extérieur par une tuyère 16 fixée à la face avant du collecteur général 13, l'extrémité latérale postérieure du collecteur 12 étant obturée par une plaque ce fermeture 17 fixée à la face arrière du collecteur général 13 qu'elle obture totalement (fig; 1). Uhe enveloppe 18 de refroidissement par eau est disposée autour du collecteur 12 d'échappement des gaz chauds et des tubulures 10 d'échappement, dans laquelle circule l'eau de refroidissement du circuit de refroidissement forcé, afin d'abaisser le plus possible les températures de surface de ces tubulures et de refroi dir -les gaz d'échappement avant qu'ils ne soient rejetés à l'exté- rieur, pour que le moteur de l'invention puisse fonctionner en atmosphère comburante, Le collecteur général 13 devant occuper un volume le plus réduit possible, pour les raisons d'encombrement évoquées ci-dessus, le collecteur d'échappement 12, avec son enveloppe 18 de refroidissement, et le collecteur d'admission 11 sont étroitement réunis comme le montre la fig. 2, et bien qu'ils ne soient pas en contact l'un avec l'autre, ils sont séparés par une chambre 19, dans laquelle circule, en fonctionnement, comme il sera expliqué ciaprès, un air de refroidissement. Cette chambre 19 est formée par les parois longitudinales 20 et 23 du collecteur général 13, la plaque de fermeture 17, et deux parois Intérieures 21 et 22 disposées obliquement dans le collecteur 13 et parallèles entre elles, la paroi 21 formant partiellement aussi l'enveLoppe de refroidissement 18 et la paroi 22 formant partiellement aussi le collecteur d'admission 11. La chambre 19 débouche sur l'extérieur par la tuyère 16. L'enveloppe de refroidissement 18 est donc formée intérieurement par la paroi 27 du collecteur 12, les parois des tubulures d'échappement 10 et la paroi 21 de la chambre 19. Les tubulures d'admission 9 débouchent dans le collecteur d'admission 11 par des orifices 24 et 25 respectivement percés dans les parois 21 et 22 de la chambre 19. L'air frais admis dans le moteur pénètre dans le collecteur d'admission 11 par un orifice 15. Les tubulures d'échappement 10 débouchent dans le collecteur d'échappement 12 par un orifice 26 percé dans la paroi 27 du collecteur 12. Comme on le voit clairement sur la fig. 2, les tubulures d'admission 9 traversent l'enveloppe de refroidissement 18 dans laquelle circule de l'eau chaude chauffée par les gaz d'échappement. Sans autres aménagements supplémentaires du collecteur général 13 que ceux qui viennent d'être décrits, et bien que l'enveloppe de refroidissement 18 soit déjà isolée du collecteur d'admission 11, l'air de combustion serait admis dans le moteur à une température supérieure à la température ambiante, ce qui serait préjudiciable au bon rendement du moteur du fait que et air serait réchauffé par conductibilité dans les tubulures d'admission 9 au contact de l'enveloppe de refroidissement 18 , dans laquelle circule de l'eau chaude chauffée par les gaz brûlés s'échappant par les tubulures 10. L'invention prévoit donc d'abaisser encore la température de l'air de combustion admis dans les chambres de combustion du moteur. A cet effet, chacune des tubulures d'admission 9 est logée dans une chemise 28 coaxiale a la tubulure correspondante et raccordée d'une part a la paroi 21 de la chambre 19 de sorte que l'espace annulaire compris entre une chemise 28 et la paroi d'une communique tubulure d'admission 9/avec l'espace compris dans la chambre 19 par un orifice annulaire 29.Chaque chemise 28 est raccordée d'autre part à un manchon 30 disposé sensiblement perpendiculairement à l'axe 14 de la tubulure dtadmis5ion 9 et de la chemise 28 correspondante, et débouchant, par conséquent, dans la chemise 28 associée,par un orifice 3L. le manchon 30 stétend légèrement au-delà de la périphérie extérieure du collecteur général 13, pour déboucher, par son ouverture d'extrémité 32, soit sa prise d'air, à l'extérieur du collecteur 13. lorsque le ventilateur soufflant 6 est en mouvement, il crée une dépression derrière lui et notamment au niveau de la tuyère 16, de sorte qu'il se produit dans le collecteur général 13 un appel d'air frais extérieur par les manchons 30, le courant d'air ainsi établi traversant l'espace annulaire compris. entre les chemises 28 et les tubulures dtadmission 9, et la chambre 19. Grâce à cette entrée d'air frais par les manchon 30, les ta- tubulures d'admission sont correctement refroidies, et le collecteur d'admission 11,étant au demeurant isolé de l'enveloppe 18 de re froidissement du circuit d'échappement par une lame d'air frais contenue dans La chambre 19, l'air est admis dans les chambres de combustion du moteur à une température propre à assurer un bon rendement du moteur de l'invention. On notera que l'invention permet également de refroidir avantageusement l'enveloppe de refroidissement 18. Dans la forme de réalisation du moteur de l'invention décrite ci-dessus et représentée sur le dessin, les moyens agencés pour augmenter Le débit d'air traversant le radiateur 5 sont constitués par un ventilateur soufflant 6. Il est clair que l'invention stap- pliquerait tout aussi bien à un moiteur équipé d'une turbine aspirante classique à la place de ce ventilateur. Sans qu'il soit néces8aire d'illustrer à nouveau une telle forme de réalisation, on comprend facilement que, dans ce cas, la dépression ne serait plus créée au niveau de l'extrémité antérieure du collecteur 13, mais à son extrémité postérieure. Il suffirait alors, et toujours pour obtenir le mUme résultat de refroidissement du circuit d'admission d'air de combustion, dtinterchanger la tuyère 16 et la piaque de fermeture L7, pour que de l'air frais extérieur circule dans le collecteur 13, certes en sens inverse du précédent dans la chambre 19, et refroidisse les tubulures d'admission 9. En outre, il faut signaler qu'un début de résultat visé par l'invention aurait déjà pu être obtenu, rien qu'en ménageant la chambre 19 entre l'enveloppe de refroidissement 18 et le collecteur d'admission 11, sans prévoir par conséquent les chemises 28 ni les manchons 30 associés, Toutefois, et dans ce cas, la chambre 19 devrait être ouverte aussi bien longitudinalement que latéralement sur la périphérie extérieure du collecteur général1 précisément pour permettre à l'air extérieur d'y circuler. Mais il s'agit d'une soLution imparfaite au problème de L'invention, puisqu'elle ne permet pas de refroidir les tubulures d'admission, seule l'isolation du collecteur d'admission étant améliorée, Enfin, si l'on fait déboucher les manchons associés 30 non seulement à l'extérieur du collecteur 13 mais à l'extérieur du moteur 1 de l'invention, hors de sa zone de radiation, le gradient de température entre la prise d'air des manchons 30 et le collecteur général 13 crée une aspiration naturelle supplémentaire améliorant encore le refroidissement de l'air admis dans le moteur. - REVENDICATIONS 1,- Moteur à combustion interne, comprenant au-moins une cu- lasse, un circuit de refroidissement par eau comportant un radiateur, des moyens agencés pour augmenter le débit d'air traversant le radiateur, des tubulures d'admission d1air de combustion et un collecteur d'admission, des tubulures d'échappement des gaz chauds et un collecteur d'échappement, les tubulures dtadmission et les tubulures d'échappement étant raccordées à une même platine de la culasse, une enveloppe de refroidissement des tubulures et du collecteur d'échappement dans laquelle circule l'eau de refroidissement, les tubulures et collecteurs d'admission et d'échappement étant logés dans un même collecteur général d'admission et d'échap- pement s'étendant tout le long de la culasse, de sorte que l'en- veloppe de refroidissement est traversée par les tubulures d'admission, iiç > teur caractérisé. par le fait que le collecteur d'admis sion et l'enveloppe de refroidissement des tubulures et collecteur d'échappement sont séparés par une lame dtair contenue dans une chambre s'étendant sur toute la longueur du collecteur général, 2,- Moteur selon la revendication 1, dans lequel la dite cham- bre est longitudinaîement et latéralement ouverte sur la périphérie extérieure du collecteur général. 3,- Moteur selon la revendication 1, dans lequel chacune des tubulures d'admission d'air de combustion est logée dans une chemise de refroidissement raccordée, d'une part, à un manchon associé d'entrée d'air de refroidissement débouchant à l'extérieur du collecteur général et, d'autre part, à la chambre contenant la lame d'air et séparant le collecteur dtadmission et l'enveloppe de refroidissement, la chambre étant fermée longitudinalement et à l'une des deux extrémités latérales du collecteur général, de manière que les moyens d'augmentation du débit d'air à travers le radiateur créent un courant d'air entre les manchons d'entrée d'air de refroidissement et l'autre extrémité latérale du collecteur général. 4.- Moteur selon la revendication 3, dans lequel les dits moyens agencés pour augmenter le débit d'air à travers le radiateur sont constitués par un ventilateur soufflant disposé devant l'extrémité latérale antérieure du collecteur général, la dite chambre étant fermée à l'extrémité latérale postérieure du collecteur général 5. Moteur selon la revendication 3, dans lequel les dits moyens agencés pour augmenter le débit d'air à travers le radiateur sont constitués par une turbine aspirante disposée devant L'extrémité latérale antérieure du collecteur général, la dite chambre étant fermée à l'extrémité latérale antérieure du collecteur général. 6,- Moteur selon l'une des revendications 3 à 5, dans lequel Les manchons associés débouchent à l'extérieur du moteur,-hors de sa zone de radiation.