Brevet FR2721659A1 — publié le 19951229

La présente invention se rapporte à une culasse cylin- drique a quatre soupapes et à soupape d'injection agencée cen- tralement, pour moteurs a combustion interne, comportant une pipe fermée venue de coulée, disposée concentriquement à un axe de la soupape d'injection, et reliant un fond de compression à une face supérieure de la culasse; des alésages d'arrivée et deux autres alésages d'amenée, par l'intermédiaire desquels un fluide de refroidissement afflue vers la culasse; des alésages partant des alésages d'arrivée et gagnant un compartiment inté- rieur à fluide de refroidissement de la culasse; une tubulure collectrice, par l'intermédiaire de laquelle du fluide de re- froidissement est refoulé dudit compartiment intérieur de la culasse; et deux canaux d'admission d'air et deux canaux de sortie des gaz d'échappement du moteur à combustion interne. L'on connaît des culasses cylindriques qui, en vue d'op- timaliser la combustion, sont dotées de quatre soupapes équi- pant respectivement deux canaux d'admission et deux canaux de sortie, et d'une soupape d'injection agencée centralement dans la culasse. Dans des culasses de ce genre, il convient notamment de veiller à ce que du fluide de refroidissement soit mis en cir- culation le plus près possible des sièges des soupapes et des soupapes d'injection, de manière à permettre une dissipation de la chaleur résultant de la combustion, sans affecter négative- ment la robustesse du fond de compression de la culasse, situé côté chambre de combustion et subissant de fortes contraintes imposées par la chaleur et par la pression d'allumage. Pour améliorer la robustesse de culasses cylindriques munies de quatre soupapes respectivement affectées à deux ca- naux d'admission et à deux canaux de sortie, et d'une soupape d'injection agencée centralement dans la culasse, il est connu de placer centralement, autour de ladite soupape d'injection, une pipe fermée venue de coulée. Cette pipe relie le fond de compression a une face supérieure de la culasse, si bien que des forces agissant sur le fond de compression peuvent être large- ment dissipées dans la culasse. Conformément à cet état de la technique, la pipe venue de coulée, s'étendant du fond de com- pression jusqu'à la face supérieure de la culasse, est logée dans un compartiment à fluide de refroidissement qui est déli- mité par des parois des canaux d'admission et de sortie, venues originellement de coulée. Du fluide de refroidissement par- court des alésages pratiques dans le fond de compression, il af- flue centralement dans le compartiment entourant la pipe, en étant dirigé vers la soupape d'injection, puis est évacué de la culasse en empruntant une tubulure collectrice. Un inconvénient de cet état de la technique connu con- siste en ce que le compartiment à fluide de refroidissement, disposé centralement autour de la soupape d'injection, de même que la disposition des alésages destinés au fluide de refroi- dissement, restreignent les possibilités d'agencement des ca- naux d'admission et de sortie dans la culasse. Un autre inconvé- nient réside dans le fait que les sièges de soupapes, sur les ca- naux d'admission et de sortie dans la culasse, ne sont pas bai- gnés circonférentiellement de manière suffisante par du fluide de refroidissement. L'invention a pour objet de fournir une culasse cylin- drique pour moteurs à combustion interne qui, pourvue de quatre soupapes et d'une soupape d'injection agencée centralement dans ladite culasse, présente une grande robustesse, de bonnes propriétés de refroidissement et des possibilités améliorées quant à l'agencement des canaux d'admission et de sortie. Conformément à l'invention, cet objet est atteint par le fait que les canaux d'admission sont ménagés solidairement par coulée sur la pipe venue de coulée, et des alésages transversaux sont pratiqués dans le fond de compression, culasse dans la- quelle les premiers alésages transversaux croisent à angle obtus le premier alésage a fluide de refroidissement, et les se- conds alésages transversaux croisent à angle obtus le second alésage a fluide de refroidissement; les premiers alésages transversaux se croisent en un point de croisement, et les se- conds alésages transversaux se croisent en un point de croise- ment; des premier et second alésages transversaux se rencon- trent en un point de croisement; et les autres alésages trans- versaux respectifs débouchent dans le compartiment intérieur à fluide de refroidissement, par l'intermédiaire d'un alésage de transfert, de maniere excentrée entre les canaux de sortie. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'in- vention: - de préférence, le fond de compression est parcouru par des alésages à fluide de refroidissement, l'un de ces alésages re- liant les alésages précités à fluide de refroidissement et l'autre de ces alésages, dirigé vers l'axe de la soupape d'in- jection, perpendiculairement au premier alésage, s'étendant entre les canaux d'admission jusqu'à l'un des points de croi- sement; - ledit fond de compression peut, en outre, être avantageuse- ment parcouru par un autre alésage a fluide de refroidissement qui, dirigé à l'opposé de l'axe de la soupape d'injection per- pendiculairement à un alésage à fluide de refroidissement, s'étend jusqu'à un perçage; - des alésages supplémentaires de transfert, prévus à partir des points de croisement des alésages, peuvent commodément ga- gner le compartiment intérieur à fluide de refroidissement et - de préférence, l'alésage excentré de transfert, mentionné en premier lieu, est ménagé par usinage mécanique ultérieur, ou peut être façonné mécaniquement. Pour améliorer la combustion, dans un moteur à combus- tion interne, des canaux d'admission ménages dans la culasse cylindrique conforme à l'invention sont munis d'un profil ayant pour effet d'imprimer des tourbillons à l'air aspiré. Pour pou- voir engendrer ce profil, les canaux d'admission sont ménagés solidairement par coulée sur une pipe venue de coulée et occu- pant une position centrale dans la culasse conforme à l'inven- tion, ce qui supprime une cloison distincte et, de ce fait, un compartiment à fluide de refroidissement sur un côté admission de ladite pipe. Conformément à l'invention, des alésages affec- tés au fluide de refroidissement parcourent le fond de compres- sion de la culasse de façon telle que les canaux d'admission, venus solidairement de coulée sur la pipe afin d'engendrer l'effet tourbillonnaire, de même que des canaux de sortie, non ménages solidairement par coulée sur ladite pipe, soient entou- rés de toutes parts, à proximité des sièges des soupapes, par un fluide de refroidissement délivre, par l'intermédiaire de ces alésages, à un compartiment de la culasse situé entre les canaux de sortie. Conformément à l'invention, les alésages affectés au fluide de refroidissement débouchent, dans ledit compartiment, par un alésage excentré de transfert intercalé entre les canaux de sortie. Conformément à l'invention, des alésages additionnels à fluide de refroidissement sont prévus sur les canaux d'admis- sion de la culasse cylindrique, si bien que cette culasse est refroidie uniformément côté admission et côté sortie, et que des contraintes thermiques sont réduites dans la culasse. Un alésage supplémentaire, situé du côté des canaux d'admission dans la culasse, simplifie l'usinage de cette culasse. D'après une forme de réalisation avantageuse de l'in- vention, en vue d'améliorer le débit du fluide de refroidisse- ment circulant par la culasse, les alésages à fluide de refroi- dissement se croisent en des points de croisement communiquant, par l'intermédiaire d'alésages de transfert, avec le comparti- ment intérieur à fluide de refroidissement. Conformément à l'invention, pour obtenir une circula- tion uniforme et pour diminuer la résistance des alésages à l'écoulement du fluide de refroidissement, les alésages de trans- fert, venus originellement de coulée, sont soumis à un usinage mécanique ultérieur. L'invention va à présent être décrite plus en détail, à titre d'exemples nullement limitatifs, en regard des dessins annexes sur lesquels: la figure 1 est une coupe transversale verticale d'une culasse cylindrique selon l'état de la technique; la figure 2 est une coupe transversale, parallèlement au fond de compression d'une culasse d'après la figure 1; la figure 3 est une coupe transversale verticale d'une culasse cylindrique conforme à l'invention; la figure 4 est une coupe transversale, parallèlement au fond de compression d'une culasse conforme a l'invention; la figure 5 est une coupe transversale verticale d'une culasse cylindrique conforme à l'invention, dépourvue de bou- gie à incandescence; et la figure 6 est une coupe transversale, selon la ligne VI-VI de la figure 5, parallèlement au fond de compression de la culasse selon cette figure 5. Conformement à la figure 1, l'on connaît une culasse cy- lindrique monobloc 1 venue de coulée, comprenant un fond de com- pression 2 plan pour l'essentiel, une face supérieure 3 et une pipe fermée 4 venue de coulée, concentrique à l'axe vertical 5 d'une soupape d'injection (non illustrée) agencée centrale- ment. Un compartiment 6 à fluide de refroidissement, confiné et occupant une position interne, s'étend autour de la pipe 4 entre le fond 2 et la face supérieure 3. La culasse 1 comporte des ori- fices 7 rendus étanches par des boulons d'obturation 9, et ren- ferme un moyen 10 de retenue d'un dispositif de préchauffage (non représenté). Par l'intermédiaire d'alésages 11, 21, 22 à fluide de refroidissement, du fluide de refroidissement provenant de la paroi du cylindre (non représentée) est délivré à la culasse cy- lindrique 1. Un alésage rectiligne 12 dirigé vers l'axe verti- cal 5 bifurque de l'alésage 11, à angle droit par rapport à cet alésage 11 et parallèlement au fond de compression 2, puis dé- bouche par un orifice 8 dans le compartiment intérieur 6 à fluide de refroidissement. Le fluide de refroidissement est preférentiellement de l'eau. L'alésage 12 est obturé vers l'ex- térieur au moyen d'un presse-étoupe 17. Comme le montre la figure 2, des canaux d'admission 13, 14 et des canaux de sortie 15, 16 venus originellement de coulée sont disposes, dans la culasse cylindrique 1, autour de l'axe 5 de la soupape d'injection. Les canaux d'admission 13, 14 sont dépourvus de profil générateur de tourbillons, les parois de ces canaux 13, 14 et des canaux de sortie 15, 16 étant séparées de la paroi de la pipe 4 venue de coulée. Des alésages 23 et 24 se trouvent entre les canaux d'admission 13, 14 et de sortie 15, 16, et sont dirigés vers l'axe vertical 5 de la soupape d'injec- tion. Un alésage rectiligne 18 se raccorde perpendiculairement à l'alésage 12, parallèlement au fond de compression 2, et s'étend jusqu'au pourtour de la culasse 1. Des alésages 19, 20 partent perpendiculairement de l'alésage 18 et s'étendent jus- qu'aux alésages 21, 22, parallèlement au fond de compression 2 de la culasse 1. Des alésages 23, 24 bifurquent à angle droit par rapport aux alésages 19, 20, parallèlement au fond 2, et s'éten- dent en direction de l'axe 5 de la pipe 4. Les alésages 23, 24 débouchent centralement, par des orifices 25, 26, dans le com- partiment intérieur 6 à fluide de refroidissement. L'étanchéi- té des alésages 18, 19, 20, 23 et 24, vers l'extérieur, est assu- rée par des presse-étoupe 17. Du fluide de refroidissement, provenant du compartiment 6, est transféré à une culasse cylindrique voisine (non illus- trée) par l'intermédiaire d'une tubulure collectrice (non re- présentée) et il pénètre ensuite, à une face extrême du moteur à combustion interne, dans une tubulure collectrice de fluide de refroidissement (non illustrée) qui reçoit le fluide de refroi- dissement de toutes les culasses 1 du moteur à combustion interne. La culasse cylindrique 1 peut être montée, au moyen de dispositifs de fixation (non représentés), dans des perçages 27 de la paroi du cylindre. Un perçage 28 est coaxial auxdits per- çages 27. Une observation des figures 3 et 4 révèle que des élé- ments structurels correspondants de la culasse cylindrique 1, conforme à l'invention, sont désignés par les mêmes références numériques que sur les figures 1 et 2. Les canaux d'admis- sion 13, 14 sont ménagés solidairement par coulée sur la pipe 4 venue de coulée et, pour produire un effet tourbillonnaire dans l'air aspiré, ils sont dotés de profils constituant un canal générateur de tourbillons (non illustré). Les canaux de sortie 15, 16 ne sont pas ménages solidairement par coulée sur la pipe 4. A proximité du fond de compression 2, le compartiment 6 a fluide de refroidissement est agencé excentriquement entre la pipe 4 et les parois des canaux de sortie 15, 16. Un alésage supplémentaire 30 relie les alésages 19, 20, 21, 22. Le fond de compression 2 est parcouru par un alésage 31, qui s'étend coaxialement à l'alésage 12 et est dirigé vers l'axe de la soupape d'injection. Un alésage 32 coaxial à l'alésage 12, dirigé a l'opposé de l'axe 5 de la soupape et s'étendant pa- rallèlement au fond 2, coupe transversalement l'alésage 28 de la culasse cylindrique 1. Un presse-étoupe 33 isole l'alésage 32 par rapport à l'alésage 28, et un autre presse-étoupe 17 ob- ture ledit alésage 32 vers l'extérieur. Des alésages 35, 36 croisent l'alésage 19 à angle obtus, et des alésages 37 et 38 croisent l'alésage 20 à angle obtus. Les alésages 35, 36 sont centralement symétriques aux alésages 37, 38 par rapport à l'axe 5 de la soupape d'injection. L'alésage 35 part de l'alésage 19 jusqu'à proximité immédiate du canal de sortie 15, il croise l'alésage 36 en un point de croisement 39, passe à proximité directe du canal d'admission 13, puis débou- che dans l'alésage 31 en un point de croisement 42. L'alésage 36 part de l'alésage 19 jusqu'à proximité immédiate du canal d'ad- mission 13, il croise l'alésage 35 au point de croisement 39, passe à proximité directe du canal de sortie 15, puis débouche, entre les canaux de sortie 15, 16, dans un alésage excentré de transfert 40 qui est venu originellement de coulée ou est fa- çonné par usinage, et mène au compartiment intérieur 6 à fluide de refroidissement. L'alesage 37 part de l'alésage 20 jusqu'à proximité immédiate du canal de sortie 16, il croise l'alésage 38 en un point de croisement 41, passe à proximité directe du canal d'admission 14, puis débouche dans l'alésage 31 au point de croisement 42. L'alésage 38 part de l'alésage 20 jusqu'à pro- ximité immédiate du canal d'admission 14, il croise l'alésage 37 au point de croisement 41, passe à proximité directe du canal de sortie 16, puis débouche, entre les canaux de sortie 15, 16, dans l'alésage excentré de transfert 40 qui est venu originel- lement de coulée ou est façonné par usinage, et gagne le compar- timent intérieur 6 à fluide de refroidissement. Les alésages , 31, 32, 35, 36, 37, 38 s'étendent dans un plan parallèle au fond de compression 2, et sont obturés vers l'extérieur par des presse-étoupe 17. D'après une forme de réalisation avantageuse de l'in- vention, des alésages supplémentaires de transfert 43, 44 ga- gnant le compartiment intérieur 6 à fluide de refroidissement sont prévus, dans la culasse cylindrique 1, aux points de croi- sement 39 et 41 des alésages 35, 36 et 37, 38. Des alésages de transfert 40, venus originellement de coulée, peuvent être mé- nagés par usinage mécanique ultérieur pour diminuer la résis- tance à l'écoulement et en vue d'une circulation uniforme s'ef- fectuant par la culasse 1. La forme de réalisation d'une culasse cylindrique, il- lustrée sur les figures 5 et 6, concerne une telle culasse dé- pourvue de bougie à incandescence. Tous les alésages et toutes les zones correspondent, pour l'essentiel, à ceux et celles des formes de réalisation représentées sur les figures 1 à 4. L'on a uniquement pratique un alésage additionnel 100 dans la culasse. La sortie du fluide de refroidissement, vers le compartiment 6, s'opère alors par l'intermédiaire d'un alésage 101 préféren- tiellement ménagé par usinage mécanique. Les culasses cylindriques 1 conformes à l'invention sont notamment prévues pour une utilisation dans des moteurs Diesel suralimentés dans lesquels, en particulier, une forte pression d'allumage se traduit par une forte contrainte imposée au fond de compression 2. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'invention telle que décrite et représentée, sans sortir de son cadre. -R E V E N D I C A T I O N S- 1. Culasse cylindrique (1) à quatre soupapes et à soupa- pe d'injection agencée centralement, pour moteurs à combustion interne, comportant une pipe fermée (4) venue de coulée, dispo- sée concentriquement à un axe (5) de la soupape d'injection, et reliant un fond de compression (2) à une face supérieure (3) de la culasse (1); des alésages d'arrivée (11, 21, 22) et deux autres alésages d'amenée, par l'intermédiaire desquels un fluide de refroidissement afflue vers la culasse (1); des alé- sages (12, 18, 19, 20) partant des alésages d'arrivée (11, 21, 22) et gagnant un compartiment intérieur (6) à fluide de refroi- dissement de la culasse (1); une tubulure collectrice, par l'intermédiaire de laquelle du fluide de refroidissement est refoule dudit compartiment intérieur (6) de la culasse (1); et deux canaux (13, 14) d'admission d'air et deux canaux (15, 16) de sortie des gaz d'échappement du moteur à combustion interne, culasse caractérisée par le fait que les canaux d'admission (13, 14) sont ménages solidairement par coulée sur la pipe (4) venue de coulée, et des alésages transversaux (35, 36, 37, 38) sont pratiqués dans le fond de compression (2), culasse dans la- quelle les premiers alésages transversaux (35, 36) croisent à angle obtus le premier alésage (19) à fluide de refroidisse- ment, et les seconds alésages transversaux (37, 38) croisent à angle obtus le second alésage (20) à fluide de refroidissement; les premiers alésages transversaux (35, 36) se croisent en un point de croisement (39), et les seconds alésages transversaux (37, 38) se croisent en un point de croisement (41); des premier et second alésages transversaux (35, 37) se rencontrent en un point de croisement (42); et les autres alésages transversaux respectifs (36, 38) débouchent dans le compartiment intérieur (6) à fluide de refroidissement, par l'intermédiaire d'un alé- sage de transfert (40), de manière excentrée entre les canaux de sortie (15, 16). 2. Culasse (1) selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le fond de compression (2) est parcouru par des alésages (30, 31) à fluide de refroidissement, l'alésage (30) reliant les alésages (19, 20, 21, 22) à fluide de refroidisse- ment et l'alésage (31), dirige vers l'axe (5) perpendiculaire- ment a l'alésage (30), s'étendant entre les canaux d'admission (13, 14) jusqu'au point de croisement (42). 3. Culasse (1) selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le fond de compression (2) est parcouru par un autre alésage (32) a fluide de refroidissement qui, dirigé à l'opposé de l'axe (5) perpendiculairement à l'alésage (30) à fluide de refroidissement, s'étend jusqu'à un perçage (28). 4. Culasse (1) selon la revendication 1, caractérisée par le fait que des alésages supplémentaires de transfert (43, 44), prévus à partir des points de croisement (39, 41) des alé- sages (35, 36, 37, 38), gagnent le compartiment intérieur (6) à fluide de refroidissement. 5. Culasse (1) selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'alésage de transfert (40) est ménagé par usi- nage mécanique ultérieur, ou peut être façonné mécanique- ment.