Brevet FR2549537A1 — publié le 19850125

i Moteur à pistons à combustion interne avec une chemise de cylindre humide insérée dans un carter de moteur. La présente invention concerne un moteur à pistons à combustion interne avec une chemise de cylindre humide insé5 rée dans un carter de moteur, dont la partie supérieure est bridée entre une culasse de cylindre et un logement cylindrique prévu à l'intérieur du carter du moteur et qui est adjacente à une chambre qui est baignée directement par le courant de liquide de refroidissement, alors que la partie de la 10 chemise qui se trouve en dessous s'étend dans ledit logement, séparée du liquide de refroidissement. Une chemise de cylindre qui n'est baignée directement par le liquide de refroidissement qu'à sa partie supérieure est décrite dans le document DOA 2 030 983 Selon cette des15 cription la partie inférieure de la chemise de cylindre est insérée dans le logement cylindrique, la chemise du cylindre et le logement se trouvant en contact sur toute l'étendue en hauteur dudit logement sans formation d'aucun espace entre les deux. Ce dispositif a l'inconvénient d'une répartition défavorable de la température, le long de l'étendue en hauteur de la chemise de cylindre, car la zone supérieure de la chemise de cylindre (au voisinage de la chambre de combustion) qui est soumise à des contraintes thermiques particulièrement élevées, 25 n'est refroidie que lentement et insuffisamment car elle présente en cet endroit une forte épaisseur de paroi, ce qui contribue aussi à en augmenter le poids; de plus l'espace qui s'étend entre le carter du moteur et la chemise de cylindre et dans lequel se trouve le liquide de refroidissement est 30 très petit, de sorte que le volume de fluide réfrigérant qui se trouve en cet endroit n'assure pas un refroidissement suffisant. De plus, du fait que la chemise de cylindre est en contact avec la paroi du logement cylindrique, la partie infé35 rieure de la chemise qui est déjà de beaucoup la plus froide subit un refroidissement plus intense lorsque le moteur est en fonctionnement et elle ne s'échauffe que lentement en cas de démarrage à froid Du fait de ce retard à la montée en température de la partie inférieure de la chemise du cylindre, en particulier aux faibles régimes de charge du moteur à combustion interne, il se produit des extinctions de la combustion (effet d'étouffement de la flamme) ce qui entraîne un 5 accroissement de la pollution par émission d'hydrocarbures. L'objet de la présente invention est de réaliser une chemise de cylindre qui lors du fonctionnement du moteur à pistons à combustion interne présente une répartition favorable (uniforme) de la température sur toute sa hauteur, tant 10 à charge partielle qu'à la pleine charge. Ce résultat est obtenu, selon la présente invention en réalisant la chambre o arrive le liquide de refroidissement avec une section élargie à la partie supérieure de la chemise du cylindre, cette section élargie étant constituée 15 de préférence par une gorge disposée à la périphérie supérieure de la chemise du cylindre, et en prévoyant en outre un espace d'air fermé, de forme annulaire entre le logement cylindrique et la zone médiane de la chemise du cylindre, dans le sens de la hauteur. Selon l'invention, la chemise de cylindre peut être réalisée avec des épaisseurs variables de sa paroi, le long de sa hauteur, afin d'être mieux adaptée aux contraintes mécaniques et thermiques; une solution préférée consiste à délimiter par des épaulements la gorge qui est disposée à la 25 partie supérieure de la chemise de cylindre L'assemblage de la chemise de cylindre avec le logement cylindrique est obtenu en faisant porter l'épaulement inférieur délimitant la gorge sur le bord du logement cylindrique, avec interposition d'un joint d'étanchéité Entre l'espace d'air et un carter de vilebrequin, il est prévu selon l'invention, sur ladite chemise de cylindre, un collet qui s'ajuste, de manière étanche aux gaz dans un alésage pratiqué à la partie inférieure dudit logement cylindrique Selon l'invention, l'espace d'air ainsi délimité s'étend en hauteur sur une grande partie du logement cylindrique, à son extrémité inférieure Selon l'invention une partie inférieure de la chemise peut pénétrer à l'intérieur du carter du vilebrequin, cette partie présentant une épaisseur de paroi plus faible que celle de la chemise dans la zone de l'espace d'air, cette épaisseur étant plus forte dans la zone de la gorge que dans celle entre l'épaulement inférieur et le collet Selon une réalisation préférée de l'invention, la partie supérieure de la chemise de cylindre, bridée entre la culasse et le logement cylindrique, représente approximativement le tiers de la hauteur totale de ladite chemise. Les principaux avantages obtenus avec la présente invention consistent en ce qu'avec l'aménagement d'un renfor10 cement de la section de la chambre qui reçoit le liquide de refroidissement, à la partie supérieure de la chemise du cylindre et la disposition d'une chambre d'air fermée entre le logement cylindrique et la zone inférieure de la chemise du cylindre, on obtient une répartition uniforme de la tempé15 rature sur toute la hauteur de ladite chemise, aussi bien à la pleine charge qu'à charge partielle du moteur. Si le renforcement de ladite section est obtenu en pratiquant une gorge périphérique à l'extérieur de la chemise du cylindre, on obtient d'une part un bon fonctionnement du 20 refroidissement et on réduit d'autre part le poids de ladite chemise L'espace d'air fermé, de forme annulaire, disposé entre le logement cylindrique et la partie inférieure de la chemise du cylindre agit comme une isolation thermique O c'est-à-dire que lors d 2 un démarrage à froid cette partie de 25 la chemise du cylindre s'échauffe plus vite et lorsque le moteur à combustion interne est plus chaud il assure une optimisation des conditions thermiques (comparativement à ce qui se passe lorsque la chemise du cylindre est en contact avec le logement cylindrique) car la présence dudit espace 30 d'air réduit le transfert de chaleur entre la chemise du cylindre et le logement cylindrique Ceci contribue à réduire la tendance aux étouffements de la flamme aux bas régimes et à diminuer ainsi les émissions polluantes dans les gaz d'échappement. Avec l'échauffement plus rapide de la partie inférieure de la chemise du cylindre au cours de la phase de démarrage à froid, on améliore en outre le rendement thermique et mécanique du moteur De plus, avec le bridage de la chemise du cylindre disposé à un niveau relativement élevé, on obtient un logement peu enclin aux vibrations de celle-ci. Avec le dessin à l'appui, on explique ci-dessous plus en détail un exemple de réalisation de l'invention. Un moteur à pistons à combustion interne-à refroidissement par eau 1, du type Otto, comprend dans la partie représentée une culasse de cylindre 2, un carter de moteur 3, une chemise de cylindre humide 4 et un piston 6 qui travaille conjointement avec une bielle 5 En 7 la bielle 5 est accouplée 10 à un vilebrequin 8. Dans la culasse 2, au-dessus d'une chambre de combustion 9, sont disposés les sièges 11, 10 pour une soupape d'admission 12 et une soupape d'échappement 13. La culasse 2, en fonte d'aluminium moulée sous pres15 sion, est posée sur le carter de moteur 3 avec interposition d'un joint 14 et assemblée avec ledit carter au moyen de vis ou goujons qui n'ont pas été représentés. Le carter de moteur 3 est réalisé de préférence en un alliage d'aluminium moulé en coquille et il comporte dans 20 son espace intérieur 15 un logement cylindrique 16 Ledit logement 16 est constitué par un manchon tubulaire 17 qui par son extrémité inférieure 18 se raccorde au carter du moteur 3 disposé à l'extérieur, au dessus de la chambre du vilebrequin 19 et qui est venu de fonderie en une seule pièce avec ledit 25 carter 3 De plus, dans la zone 20, le carter 3 du moteur est pourvu de plusieurs ailettes de refroidissement 21. Selon le nombre de cylindres du moteur à pistons à combustion interne 1, une ou plusieurs chemises de cylindre 4, en fonte, sont insérées dans le carter 3 du moteur Une partie 30 supérieure 22 de la chemise de cylindre 4 est bridée dans le sens axial entre la culasse 2 et l'extrémité supérieure du logement 16, tandis qu'une autre partie 24 de la chemise de cylindre 4, qui se trouve en dessous, pénètre par le haut dans le logement 16 et se prolonge à l'intérieur de celui-ci Pour le refroidissement de la chemise de cylindre 4, on a prévu dans le carter 3 du moteur une chambre annulaire 25 alimentée en liquide réfrigérant (de l'eau), qui dans la zone 22 de la partie supérieure de la chemise de cylindre 4 est délimitée latéralement par la surface extérieure 26 de la chemise de cylindre 4 et par la surface intérieure 27 du carter de moteur 3 Ainsi la zone supérieure 22 de la chemise de cylindre 4 est-elle directement en contact avec l'eau de refroidissement. En regard de la zone 24 de la chemise de moteur 4, qui se trouve en-dessous, la chambre d'eau 25 est délimitée par la surface extérieure 28 du manchon de logement 16 et par la surface intérieure 27 du carter 3 du moteur, c'est- à-dire que 10 la zone 24 est isolée du liquide de refroidissement par le manchon de logement 16. Par ailleurs, la chambre 25 dans laquelle circule le liquide de refroidissement se prolonge aussi dans la culasse 2, et l'on assure ainsi également le refroidissement des 15 sièges de soupapes 10 et 11. Comme la zone supérieure 22 de la chemise de cylindre 4 est soumise à des contraintes thermiques particulièrement élevées puisqu'elle se trouve au voisinage de la chambre de combustion 9, la chambre 25 présente dans cette région 20 une section élargie, cet élargissement étant constitué de préférence par une gorge 29 prévue à la périphérie extérieure de la chemise de cylindre 4 Ladite gorge 29 s'étend entre un épaulement supérieur 30 et un épaulement inférieur 31. L'épaulement supérieur 30 constitue la surface de portée pour le joint d'étanchéité 14, tandis que par l'intermédiaire d'un autre joint 32 l'épaulement inférieur 31 repose sur l'extrémité supérieure 23 du logement 16. Entre la surface intérieure 33 du manchon de logement cylindrique 16 et la surface extérieure 34 de la chemise 30 de cylindre 4 qui s'étend dans la zone 24 de celle-ci, on a prévu une chambre d'air fermée 35, de forme annulaire, qui joue le rôle d'une isolation thermique La chambre d'air 35 s'étend sur une partie importante de la hauteur du logement 16 Entre la chambre d'air 35 et la chambre du vilebrequin 35 19, la chemise de cylindre 4 comporte un collet 36 orienté vers l'extérieur qui s'ajuste, de préférence d'une manière étanche aux gaz, dans un alésage du manchon de logement 16. Le collet 36 est disposéauvoisinage de l'extrémité inférieure 18 du logement 16 Une zone d'extrémité 38 de la chemise de cylindre 4, qui se trouve en dessous du collet 36, pénètre dans la chambre 19 du vilebrequin, o elle n'est pas entourée par le manchon de logement 16. De plus, sur toute sa hauteur, la chemise de cylindre 4 présente des épaisseurs de paroi variables, de sorte qu'elle est adaptée ainsi aux contraintes mécaniques et thermiques. Dans la région de la gorge 29, l'épaisseur de paroi 10 de la chemise de cylindre 4 est plus forte que dans la partie comprise entre l'épaulement inférieur 31 et le collet 36 L'extrémité inférieure 38 de la chemise de cylindre 4 est encore plus mince, avec une épaisseur de paroi plus faible que dans la partie comprise entre l'épaulement infé15 rieur 31 et le collet 36. Pour assurer un logement peu sujet aux vibrations, de la chemise de cylindre 4, on a prévu le bridage sur une partie relativement courte de celle-ci La partie supérieure 22 qui est bridée représente environ un tiers de la hauteur 20 totale de la chemise de cylindre 4. REVENDICATIONS 1 Moteur à pistons-à combustion interne avec une chemise de cylindre humide insérée dans un carter de moteur, dont la partie supérieure est bridée entre une culasse de cylindre et un logement cylindrique prévu à l'intérieur du carter du moteur et qui est adjacente à un espace qui est baigné directement par le courant de liquide de refroidissement, tandis que la partie de la chemise de cylindre qui se trouve en dessous se trouve séparée du liquide de refroidis10 sement et se prolonge à l'intérieur du logement, caractérisé par le fait que la chambre ( 25) o arrive le liquide de refroidissement présente à la partie supérieure ( 22) de la chemise ( 4) du cylindre une section élargie, qui est constituée de préférence par une gorge ( 29) disposée à la périphé15 rie extérieure de la chemise de cylindre ( 4) et qu'en outre, entre le logement cylindrique ( 16) et la zone ( 24)-de la chemise ( 4) du cylindre il est prévu un espace d'air fermé ( 35) de forme annulaire. 2 Moteur à pistons à combustion interne selon la 20 revendication 1, caractérisé par le fait que sur toute sa hauteur la chemise ( 4) du cylindre présente des épaisseurs de paroi variables, de sorte qu'elle est adaptée ainsi aux contraintes mécaniques et thermiques. 3 Moteur à pistons à combustion interne selon la 25 revendication 1, caractérisé par le fait que la gorge ( 29) est délimitée sur ses deux côtés par des épaulements ( 30,31). 4 Moteur à pistons à combustion interne selon l'ensemble des revendications 1 et 3, caractérisé par le fait que l'épaulement inférieur ( 31) repose, avec interposition d'un joint d'étanchéité ( 32) sur le logement cylindrique ( 16)o Moteur à pistons à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'entre l'espace d'air ( 35) et l'intérieur du carter du vilebrequin ( 19) la chemise de cylindre ( 4) présente un collet ( 36) qui vient s'ajuster, de préférence d'une manière étanche aux gaz, dans un alésage ( 37) du logement t 16). 6 Moteur à pistons à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'espace d'air ( 35) s'étend en hauteur sur une grande partie du logement ( 16). 7 Moteur à pistons à combustion interne selon l'ensemble des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'une partie inférieure ( 38) de la chemise de cylindre ( 4) s'étend à l'intérieur du carter de vilebrequin ( 19), l'épaisseur de paroi de la chemise de cylindre ( 4) étant dans cette 10 zone plus faible que dans celle de l'espace d'air ( 35). 8 Moteur à pistons à combustion interne selon l'ensemble des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que dans la zone de la gorge ( 29) l'épaisseur de paroi de la chemise de cylindre ( 4) est plus forte que dans la zone com15 prise entre l'épaulement inférieur ( 31) et le collet ( 36). 9 Moteur à pistons à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la partie supérieure bridée ( 22) de la chemise de cylindre ( 4) représente approximativement un tiers de la hauteur totale de ladite 20 chemise de cylindre ( 4).