Brevet FR2580335A1 — publié le 19861017

CULASSE A QUATRE SOUPAPES REFROIDIE PAR UN LIQUIDE POUR UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A PLUSIEURS CYLINDRES L'invention se rapporte à une culasse à quatre soupapes, refroi- die par un liquide, pour un moteur à combustion interne à plusieurs cylindres, constituée d'une pièce de fonderie comportant une chambre d'eau de refroidissement limitée par des parois extérieures latérales, par le fond de la culasse et par un plancher de culasse situé par- dessus, et à une certaine distance de ce fond, comportant aussi une chambre de distribution située au-dessus de la chambre d'eau de refroidissement enclose par le plancher de culasse et par les parois extérieures s'étendant jusqu'au plan de joint du couvercle, compor- tant aussi des canaux pour soupapes qui pénètrent dans la chambre d'eau de refroidissement et qui partent d'embouchures qui sont dans le fond de la culasse jusqu'aux parois extérieures latérales, compor- tant aussi une chambre tubulaire, pour une bougie d'allumage ou un injecteur, disposée entre les canaux pour soupapes et traversant dans la direction axiale des cylindres, au moins la chambre d'eau de re- froidissement et comportant en outre des parois d'appui qui sont dis- posées à l'intérieur de la chambre d'eau de refroidissement, qui s'é- tendent en direction transversale entre les portions du fond de la culasse formant chambre de combustion, depuis ce fond jusqu'au plan- cher de culasse et qui sont munies de colonnes d'appui venues de mou- lage pour des alésages pour recevoir des goujons de culasse. Dans une culasse connue de ce type de construction (demande de brevet en Allemagne Fédérale DE-AS-24 20 051), le fond de la culasse n'est essentiellement appuyé contre le plancher de culasse que par l'intermédiaire des parois d'appui cou- rant transversalement. De ce fait il se produit, dans les portions de la chambre de combustion et dans une mesure particulière dans les ner- vures pour soupapes, par suite des pressions élevées de gaz ainsi que des températures élevées de combustion, des états critiques de con- traintes qui peuvent conduire à des ruptures des nervures ou à des flexions du fond de culasse. A cela s'ajoute que les forces de pres- sion ne sont principalement conduites, depuis les goujons de culasse dans le fond de culasse, que par l'intermédiaire des parois d'appui, ce qui ne permet ni une répartition favorable des forces de pression sur les autres parois de la culasse ni une pression régulière de la culasse sur le bloc-cylindres. L'invention a pour objet de conformer la culasse connue de fa- çon à obtenir, pour une réalisation simple au point de vue technique de coulée, une rigidité plus élevée de la culasse, mais en particulier une rigidité plus élevée des portions du fond de culasse côté chambre de combustion, en plus d'une bonne répartition des forces de pression qui passent dans ces portions. Selon l'invention, on atteint ce but au moyen d'une culasse caractérisée par une nervure longitudinale qui s'étend dans le plan du plancher de culasse sur la longueur de la culas- se, qui est reliée, sur sa longueur, avec les chambres tubulaires et avec les parois d'appui et qui, au voisinage des parois d'appui, est appuyée sur le fond de culasse par l'intermédiaire d'entretoises longitudinales de nervure qui forment un pontage dans des portions de la chambre de combustion voisines. Grace à la nervure longitudinale dans le plancher de la culasse et à sa liaison à la chambre tubulaire de la bougie d'allumage on obtient un raidissement de la culasse, en particulier des portions du fond côté chambre de combustion. En liaison avec les entretoises dener- vure, il s'y produit une répartition favorable des forces de con- trainte qui passent des goujons de serrage dans le fond de la culasse, par l'intermédiaire des colonnes d'appui, ainsi que des forces de pres- sion des gaz qui agissent sur la portion du fond côté chambre de com- bustion. Ces forces y sont reprises d'une part par les chambres et par la nervure longitudinale et d'autre part par les entretoises denervure et les parois d'appui qui leur sont liées, ce qui permet d'obtenir une liaison rigide entre fond de culasse et plancher de culasse et donc une pression régulière de' la culasse sur le bloc-cylindres. Grâce aux mesures suivantes: - le plancher de culasse est constitué de deux portions de plan- cher qui courent décalées en hauteur en direction longitudinale et sont reliées l'une à l'autre par l'intermédiaire de la nervure longi- tudinale. - la portion de gauche du plancher court en pente descendante depuis la paroi extérieure Jusqu'à la nervure longitudinale et se transforme en cette nervure à peu près au niveau de la face inférieure de la nervure, et la portion de droite du plancher, décalée, de la hauteur de la nervure, parallèlement à la portion de gauche du plan- cher, s'étend jusqu'à la paroi extérieure de droite en partant de la face supérieure de la nervure, la nervure longitudinale peut s'intégrer dans les portions du plancher de culasse de façon telle que ce plancher présente une surface lisse des deux cStés. La "marche" qui y est formée par la nervure lon- gitudinale ne gêne en aucune façon le retour de l'huile de graissage depuis la chambre de distribution ni l'écoulement de l'eau dans la chambre d'eau de refroidissement, du fait que le départ de l'huile hors de la chambre de distribution ainsi que l'arrivée de l'eau de refroidissement dans la chambre d'eau de refroidissement se font res- pectivement par l'intermédiaire d'ouvertures correspondantes dans la portion de plancher située plus bas. Grâce à une allure des portions de plancher qui, au total, est continuellement en pente montante, les bulles de vapeur peuvent s'évacuer hors de la chambre d'eau de refroi- dissement sans y stationner, par l'intermédiaire des ouvertures d'évacuation disposées dans la zone de la portion de plancher située plus haut. Si, en outre, le plancher de culasse - vu en direction trans- versale - court obliquement par rapport au fond de la culasse et fait avec celui-ci un angle qui correspond à peu près à l'angle de la po- sition oblique du moteur à combustion interne lorsqu'il est instal- lé, ce plancher de culasse prend avantageusement une position à peu près horizontale lorsque le moteur est installée 258033! Grâce aux caractéristiques suivantes, dans le cas d'une culasse compor- tant des soupapes disposées en deux files des deux cotés obliquement par rapport au plan médian longitudinal et suspendues en formant un V, et deux arbres à cames qui sont situés au-dessus des soupapes, à peu près dans les plans des deux files de soupape et qui sont portés dans des paliers venus de moulage sur les parois extérieures longitudinales de la chambre de distribution. - les paliers sont disposés dans le plan transversal vertical des parois d'appui dont le plan de joint est situé dans le plan de joint du couvercle et qui sont reliées avec les colonnes d'appui, pro- longées jusqu'au plan de joint du couvercle, et avec es nervures de liaison transversales, qui s'étendent entre ces colonnes, pour donner des ceintures transversales. - les ceintures transversales, dans la zone du plan de joint du couvercle,sont renforcées par au moins une nervure qui se tient de- bout sur son petit côté, qui s'étend selon l'axe longitudinal du cy- lindre et à laquelle sont également reliées les chambrest - on obtient, dans un tel cas d'une culasse comportant deux files de soupapes formant un V entre elles et deux arbres à came montés dans la chambre de distribution, outre la plus grande rigidité de la zone de la chambre de distribution. Si les parois d'appui comportent des passages au moins des deux côtés des colonnes d'appui, en plus d'une répartition sans obstacles des liquides respectifs dans la direction longitudinale de la culasse, on obtient en outre une structure favorable, au point de vue technique de moulage et de coulée, des noyaux pour l'eau et pour l'huile. Le dessin représente un exemple d'exécution d'une culasse con- forme à l'invention. La figure 1 représente, en vue de dessus, une partie d'une por- tion de la culasse correspondant à un cylindre. La figure 2 représente la culasse de la figure 1 en coupe selon la ligne II-II. La figure 3 représente la culasse de la figure I en coupe selon la ligne III-III. La figure 4 représente la culasse de la figure I en coupe selon la ligne IV-IV. La figure 5 représente une coupe de la culasse de la figure 3 selon la ligne V-V. Une culasse 1 pour moteur à combustion interne à quatre temps à plusieurs cylindres est constituée d'une pièce de fonderie en une seule pièce comportant un fond de culasse 2 et des parois extérieures lon- gitudinales 4, 5 et frontales 6 qui en partent vers le haut jusqu'à un plan de joint du couvercle 3. En collaboration avec le fond de culasse 2, les parois extérieures 4, 5 et 6 enclosent une chambre qu'un plancher de culasse 7, disposé à une certaine distance du fond de culasse 2, partage en une chambre d'eau de refroidissement 8 et une chambre de distribution 9 située par-dessus et s'étendant jusqu'au plan de joint du couvercle 3. Dans la chambre d'eau de refroidissement 8, déjà découpée en soi, pénètrent des canaux 10 et 11 pour soupapes qui courent transversalement à la direction longitudinale de la sou- pape et qui s'étendent depuis des embouchures 12, 13 dans le fond de culasse 2 jusqu'aux parois extérieures longitudinales 4, 5. Entre les canaux pour soupapes 10, 11 se trouve une chambre 14, pour installa- tion d'une bougie d'allumage ou d'un injecteur, qui, en partant du plan de joint du couvercle 3, traverse la chambre de distribution 9 et la chambre d'eau de refroidissement 8 selon la direction axiale du cylindre et débouche à peu près dans l'axe dans une chambre de combus- tion 15 d'un cylindre. Entre les différentes chambres de combustion 15 des cylindres s'étendent des parois d'appui 16 qui courent transversa- lement en allant du fond de culasse 2 jusqu'au plancher de culasse 7 et sur le cours desquelles sont venues de moulage des colonnes d'appui 17 munies d'alésages traversants 18 pour recevoir des goujons de cu- lasse. La culasse 1 est fixée, par l'intermédiaire des goujons de culasse, au bloc-cylindres c8té carter moteur. Des deux c8tés des co- lonnes d'appui 17 sont prévus, dans les parois d'appui 16, des passa- ges 18, 19 par l'intermédiaire desquels les différentes portions, côté chambre de combustion, de la chambre d'eau de refroidissement 8 sont reliées l'une à l'autre en direction longitudinale. Pour assurer le raidissement des portions, côté chambre de com- bustion, du fond de culasse 2, le plancher de culasse 7 est renforcé par une rainure longitudinale 20 qui est disposée debout sur son pe- tit côté 21 dans le plan médian longitudinal de la culasse 1 et qui s'étend sur toute la longueur de la culasse. Les chambres 14 et les parois d'appui 16 qui se trouvent sur le passage de la nervure longi- tudinale 20 lui sont reliées. En outre les portions du fond de culas- se, c8té chambre de combustion, s'appuient contre la nervure longi- tudinale par l'intermédiaire d'entretoisesde nervure particulières 22 au voisinage des parois d'appui 16. Les entretoises de nervure 22, qui courent longitudinalement dans le plan médian longitudinal de la culasse 1, forment avec la partie des parois d'appui 16 qui s'étend dans cette portion, une nervure en croix 23. Grâce aux entretoises de nervure 22 qui assurent un pontage avec les portions du fond de la culasse voisines, côté chambre de combustion, il se produit un rai- dissement supplémentaire de l'ensemble du fond de culasse 2. Le plancher de culasse 7 est disposé incliné d'un angle, en direction transversalepar rapport au fond de culasse 2. L'angle i y correspond à l'angle d'inclinaison du moteur à combustion interne lorsqu'il est installé. Du fait de cette inclinaison du plancher de culasse 2 en sens opposé à la position oblique du moteur, ce plancher prend, une fois installé, une position à peu près horizontale, ce qui interdit une formation abusive de flaques d'huile de graissage sor- tant des paliers des arbres à cames. Du fait de la nervure longitudinale 20, le plancher de culasse 7 se divise en deux portions 24 et 25. Pour que le plancher de culas- se 7 présente néanmoins des deux côtés une surface lisse d'un bout à l'autre, les portions de plancher 24 et 25 sont disposées décalées l'une par rapport à l'autre de la valeur de la hauteur de la nervure longitudinale 20, dans la direction verticale de la culasse 1. De ce fait le plancher de culasse 7 prend une allure en forme de Z, étant précisé que la portion c6té gauche 24 forme la partie inférieure de paroi qui court en pente descendante depuis la paroi extérieure 4 jus- qu'à la nervure longitudinale 20 et se transforme en cette nervure à peu près au niveau du petit côté inférieur 21. De façon correspondante, la portion de droite de plancher 25 forme la portion de paroi située par dessus qui s'étend, parallèle à la portion 24 et décalée par rapport à elle, depuis la face supérieure de la nervure jusqu'à la paroi ex- térieure de droite 5. Comme le montrent les figures 2 à 4, les parois extérieures 4 et présentent,dans la zone supérieure de la chambre de distribution 9, une allure inclinée vers l'extérieur, ce qui donne une chambre de dis- tribution 9 ayant une structure à peu près en forme de V. Dans les dièdres d'angle formés par les parties de parois qui courent obliquement, sont prévus des paliers 26 et 27 pour la portée des deux arbres à cames disposés dans la culasse. Les paliers sont réa- lisés de façon divisée et sont constitués de coques inférieures 28 et 29 venues de coulée avec les parois extérieures latérales 4 et 5 et de couvercles de palier, non représentés sur le dessin, que l'on peut réunir avec les coques par des goujons. Le plan de joint 30 entre le couvercle de palier et la coque de palier 28, 29 s'y trouve au ni- veau du plan de joint de couvercle 3. Pour obtenir une portée des ar- bres à cames particulièrement rigide, les différentes coques de pa- lier 28, 29, sont respectivement disposées dans les plans transver- saux de la culasse 1 qui passent par les parois d'appui 16. En outre, les coques de palier 28 et 29 respectivement situées en face l'une de l'autre dans un plan transversal sont reliées aux colonnes d'appui 17 disposées dans le même plan transversal et ces colonnes d'appui sont à leur tour reliées l'une à l'autre par l'intermédiaire d'une nervure de liaison transversale 31 qui se détache, vers le haut, du plancher de culasse 7. Grâce à cette liaison réciproque des coques latérales 28, 29 de paliers par l'intermédiaire des colonnes d'appui 17 et des nervures de liaison transversales 31,on obtient des ceintures trans- versales qui courent dans le plan transversal des parois d'appui 16 et qui participent à un raidissement de la culasse dans la direction transversale. Comme en outre les ceintures transversales sont venues de coulée avec le plancher de culasse 7 par l'intermédiaire des colon- nes d'appui 17 ainsi que des nervures de liaison transversales 31, on obtient une répartition favorable des forces de contrainte et des for- ces produites parles gaz agissant sur la culasse. Entre les colonnes d'appui 17 subsiste un espace libre 32, à peu près symétrique par rapport à l'axe médian longitudinal et qui s'étend sur toute la longueur de la culasse 1 et depuis le plan de joint du couvercle 3-jusqu'au plancher de culasse 7. L'espace libre 32 n'est interrompu que par les nervures de liaison transversales 31 et les chambres 14 qui y viennent en saillie. Pour obtenir une liaison soli- de entre les chambres 14, qui, à défaut, sont disposées librement dans la chambre de distribution 9, et les ceintures transversales ou les colonnes d'appui 17, les portions latérales, 35, 3. de la ceinture transversale et les chambres 14, qui font saillie dans l'espace libre 32, sont reliées chacuneàune nervure 33, 34 dirigée longitudinale- ment. Les nervures 33, 34, à paroi mince, ainsi formées, s'étendent 258033' en constituant la limite latérale de l'espace libre 32, sur toute la longueur de la culasse 1. Les nervures 33 et 34 forment, avec les ceintures transversales, un assemblage croisé qui renforce la chambre de distribution 9 et qui est relié, par l'intermédiaire des nervures de liaison transversales 31, des chambres 14 et des colonnes d'appui 17, au plancher de culasse 7 et au fond de culasse 2, ce qui donne également une répartition favorable des forces de contrainte et des forces provoquées par le gaz qui passent dans la culasse 1. Dans les portions 37 et 38 de-la chambre de distribution situées entre les paliers 26 et 27 voisins d'un arbre à cames sont prévus, dans des saillies 39, 40 du carter, respectivement deux alésages cy- lindriques 41 et 42 situés l'un à coté de l'autre en direction longi- tudinale, pour recevoir les rigoles de poussoirs de soupapes. Les sail- lies de carter 39 y sont reliées, par moulage, à la paroi extérieure 4,aux paliers voisins 26 et, par l'intermédiaire chaque fois d'un plan- cher intermédiaire 43 en forme de cuvette, à la nervure 33. De la même façon, les saillies de carter 40 sont reliées à la paroi extérieure , aux paliers 27 et, par l'intermédiaire du fond intermédiaire en forme de cuvette 44, à la nervure 34. En outre, dans les portions de plancher 24 et 25 sont disposés, dans l'alignement des alésages cy- lindriques 41, 42,des alésages de guidage 45, 46 pour les soupapes à placer dans la culasse. Les axes médians longitudinaux des alésages 39, 40 et 43, 44 y courent inclinés par rapport à l'axe vertical de la culasse, ce qui donne une disposition en forme de V des soupapes dans la culasse 1. Dans les planchers intermédiaires 43, 44 sont prévues des ouver- tures 47 par lesquelles l'huile de graissage qui sort des portées d'arbres à cames est envoyée dans la zone, située par-dessous, de la chambre de distribution 9 et, de là, par l'intermédiaire des canaux de retour 48, dans le carter moteur. Les canaux de retour 48 s'y trou- vent dans la zone de transition entre la paroi extérieure 4 et la por- tion de plancher 24. Pour que l'huile de graissage puisse se répartir sans obstacles en direction longitudinale dans la chambre de distri- bution 9, des passages appropriés 49 sont prévus dans les ceintures transversales. L'arrivée de l'eau de refroidissement dans la chambre d'eau de refroidissement 8 se fait par l'intermédiaire d'ouvertures d'arrivée dans le fond de culasse 2. De là, l'eau de refroidissement se ré- partit dans toute la chambre d'eau de refroidissement 8 et elle en est évacuée par l'intermédiaire des ouvertures d'évacuation 51. Du fait que les canaux de retour 48 et les ouvertures d'évacuation 51 sont disposés, séparés,sur des côtés différents du carter de culasse, l'eau de refroidissement et l'huile de graissage s'écoulent à contre-sens l'une de l'autre, étant précisé que l'eau de refroidissement qui se trouve dans la chambre 8 s'écoule en amont contre la "marche" formée par la nervure longitudinale 20 et que l'huile de graissage qui se trouve dans la chambre de distribution 9 s'écoule en aval le long dela"marche". Grâce à ces conditions d'écoulement, on interdit en particulier des retenues d'huile de graissage ou de bulles de vapeur le long de la nervure longitudinale 20. Grâce à une division appropriée de la culasse 1 en un carter d'arbre à cames et en carter d'eau de refroidissement, on peut simpli- fier la fabrication de l'ensemble du carter de culasse. La séparation entre les deux parties de carter s'y fait juste en-dessous du plancher intermédiaire 43, 44 et des saillies du carter 39 et 40. Dans le cas de cette exécution de la culasse avec division, on peut se passer du noyau de moulage qui serait autrement nécessaire pour l'huile. Ofi obtient en outre un meilleur accès pour ébarber les alésages de la cu- lasse 41, 42 ainsi que les canaux de retour d'huile 48. REVENDICATIONS 1. Culasse à quatre soupapes, refroidie par un liquide, pour un moteur à combustion interne à plusieurs cylindres, constituée d'une pièce de fonderie comportant une chambre d'eau de refroidissement limi- tée par des parois extérieures latérales, par le fond de la culasse et par un plancher de culasse situé par-dessus, et à une certaine distance de ce fond, comportant aussi une chambre de distribution située au-dessus de la chambre d'eau de refroidissement et enclose par le plancher de culasse et par les parois extérieures s'étendant jusqu'au plan de joint du couvercle, comportant aussi des canaux pour soupapes qui pénètrent dans la chambre d'eau de refroidissement et qui partent d'embouchures qui sont dans le fond de la culasse Jus- qu'auxparois extérieures latérales, comportant aussi une chambre tu- bulaire, pour une bougie d'allumage ou un injecteur, disposée entre les canaux pour soupapes et traversant dans la direction axiale des cylindres, au moins la chambre d'eau de refroidissement et comportant en outre des parois d'appui qui sont disposées à l'intérieur de la chambre d'eau de refroidissement, qui s'étendent en direction trans- versale entre les portions du fond de la culasse formant chambre de combustion, depuis ce fond jusqu'au plancher de culasse et qui sont munies de colonnes d'appui venues de moulage pour des alésages pour recevoir les goujons de culasse, caractérisée par Une nervure longitudinale (20) qui s'étend dans le plan du plancher de culasse (7) sur la longueur de la culasse (1), qui est reliée, sur sa longueur, avec les chambres tubulaires (14) et avec les parois d'appui (16) et qui, au voisinage des parois d'appui (16), est appuyée sur le fond de culasse (2) par l'intermé- diaire d'entretoises longitudinales (22) de nervure qui forment un pontage dans des portions de la chambre de combustion voisines. 2. Culasse refroidie par un liquide, selon la revendication 1, caractérisée en ce que le plancher de culasse (7) est constitué de deux por- tions de plancher (24, 25) qui courent décalées en hauteur en direc- tion longitudinale et sont reliées l'une à l'autre par l'intermédiaire de la nervure longitudinale (20). 3. Culasse refroidie par un liquide selon l'une quelconque des re- vendications 1 et 2, caractérisée en ce que la portion de gauche du plancher (24) court en pente descendante depuis la paroi extérieure (4) jusqu'à la nervure longi- tudinale (20) et se transforme en cette nervure à peu près au niveau de la face inférieure (21) de la nervure, et en ce que la portion de droite du plancher (25), décalée, de la hauteur de la nervure, paral- lèlement à la portion de gauche du plancher (24), s'étend jusqu'à la paroi extérieure de droite (5) en partant de la face supérieure de la nervure. 4. Culasse refroidie par un liquide selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le plancher de culasse - vu en direction transversale- court obliquement par rapport au fond de la culasse (2) et fait avec celui-ci un angle (i) qui correspond à peu près à l'angle de la posi- tion oblique du moteur à combustion interne lorsqu'il est installé. 5. Culasse refroidie par un liquide selon la revendication 1, comportant des soupapes disposées en deux files des deux cotés oblique- ment par rapport au plan médian longitudinal et suspendues en formant un V, et deux arbres à cames qui sont situés au-dessus des soupapes, à peu près dans les plans des deux files de soupape et qui sont portés dans des paliers venus de moulage sur les parois exté- rieures longitudinales de la chambre de distribution, caractérisée en ce que les paliers (26, 27) sont disposés dans le plan trans- versal vertical des parois d'appui (16) dont le plan de joint (30) est situé dans le plan de joint du couvercle (3) et qui sont reliées avec les colonnes d'appui (17), prolongées jusqu'au plan de joint du cou- vercle (3), et avec des nervures de liaison transversales (31), qui s'étendent entre ces colonnes, pour donner des ceintures transversales. 6. Culasse refroidie par un liquide selon la revendication 5, caractérisée en ce que les ceintures transversales, dans la zone du plan de joint du couvercle (3) sont renforcées par au moins une nervure (33, 34) qui se tient debout sur son petit c8té, qui s'étend selon l'axe longitudinal du cylindre et à laquelle sont également reliées les chambres (14). 7. Culasse refroidie par un liquide selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les parois d'appui (16) comportent des passages (18, 19 et 50) au moins des deux côtés des colonnes d'appui (17). 8. Culasse refroidie par un liquide selon la revendication 1, caractérisée en ce que le carter de culasse est divisé en un carter d'arbre à cames et un carter d'eau de refroidissement, étant précisé que le joint de séparation entre les deux parties de carter court juste au- dessous du plancher intermédiaire (43, 44) et des saillies de carter (39, 40).