Brevet FR2745332A1 — publié le 19970829

DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention concerne les moteurs à combustion interne et plus particulièrement les circuits de refroidissement de tels moteurs. Classiquement, les moteurs à combustion interne comprennent un bloc ou carter-cylindres venant de fonderie dont la partie intérieure est usinée pour former les cylindres, ou les logements de chemise s'il s'agit d'un moteur à chemises rapportées, et sur lequel est fixé une culasse, le bloc comportant au moins une chambre d'eau parcourue par un liquide de refroidissement. La circulation du liquide de refroidissement dans la chambre d'eau tend à assurer le maintien à température constante des parois des cylindres et donc le maintien de la température de l'huile lubrifiant les parois internes des cylindres à un niveau optimum où les frottements des pistons dans les cylindres sont minimisés. Toutefois, lors des démarrages à froid, l'inertie thermique du liquide de refroidissement dans la chambre d'eau augmente la durée de montée en température de l'ensemble du moteur, ce qui limite, durant cette période, l'efficacité des dispositifs de chauffage utilisant le liquide de refroidissement comme source de chaleur et augmente l'usure, la consommation et la pollution du moteur. Cette augmentation de la pollution du moteur lors des démarrages à froid est accentuée par le mauvais fonctionnement des pots catalytiques dans de telles conditions. I1 s'ensuit donc une phase de fonctionnement plus ou moins longue pendant laquelle les produits polluants contenus dans les gaz de combustion ne sont pas ou insuffisamment traités. On peut ainsi estimer que 80 à 90% des polluants émis lors d'un cycle de fonctionnement du moteur, l'ont été pendant les deux premières minutes de fonctionnement du moteur. La présente invention a donc pour but d'accélérer la montée en température du moteur grâce à un dispositif de refroidissement adapté et qui est à la fois simple et économique à réaliser. Le dispositif de refroidissement pour moteur à combustion interne selon l'invention comporte au moins une chambre d'eau pour la circulation d'un liquide de refroidissement à travers le moteur, la chambre d'eau étant délimitée par une cavité ménagée dans le carter-cylindres du moteur de façon à s'étendre autour de la partie supérieure des alésages cylindriques. Selon l'invention, le dispositif de refroidissement est caractérisé en ce que des moyens formant écran thermique sont disposés à l'intérieur de la cavité pour limiter les transferts de chaleur entre le liquide et la paroi latérale intérieure de la cavité du carter s'étendant à l'opposé des alésages cylindriques. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif de refroidissement est caractérisé en ce que les moyens formant écran thermique sont réalisés par un revêtement de matériau thermiquement isolant recouvrant la paroi latérale intérieure. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif de refroidissement est caractérisé en ce que des moyens formant écran thermique sont disposés à l'intérieur de la cavité pour limiter les transferts de chaleur entre la paroi latérale intérieure de la cavité la plus proche du cylindre et le liquide de refroidissement. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif de refroidissement est caractérisé en ce que lesdits moyens formant écran thermique sont réalisés par un revêtement de matériau thermiquement isolant recouvrant une partie de ladite paroi latérale intérieure la plus proche du cylindre. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif de refroidissement est caractérisé en ce que lesdits moyens formant écran thermique possèdent une forme et un volume étudiés pour ajuster la section et la hauteur de la chambre d'eau aux besoins de refroidissement du moteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif de refroidissement est caractérisé en ce que les surfaces des moyens formant écran thermique en contact avec le liquide de refroidissement possèdent une forme et une rugosité adaptées pour orienter la circulation dudit liquide selon des directions prédéterminées. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif de refroidissement est caractérisé en ce que les moyens formant écran thermique sont réalisés à base de matériaux composites organiques. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif de refroidissement est caractérisé en ce que les moyens formant écran thermique sont réalisés à base de polymères thermodurcissables ou thermoplastiques. On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description donnée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention, présenté à titre d'exemple non limitatif, en se référant au dessin annexé, dans lequel - la figure 1 est une vue schématique d'une section transversale d'un carter-cylindres où seule la demi-vue de gauche présente le dispositif de refroidissement selon l'invention. Pour faciliter la lecture du dessin, seuls les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés. En se reportant à la figure 1 , on voit un carter-cylindres 1 d'un moteur à combustion interne comportant une chemise humide rapportée 2 présentant un alésage cylindrique 3 intérieur destiné à recevoir un piston. Le carter-cylindres 1 comporte un logement 9 venant de fonderie dans lequel est inséré la chemise humide 2 qui vient prendre appui par son extrémité inférieure sur un épaulement s'étendant en saillie à l'extrémité inférieure du logement 9. Un épaulement sur les parties inférieure et supérieure de la chemise humide 2 permet le centrage de celle-ci dans le logement 9 du carter-cylindres 1. Pour le refroidissement de la chemise humide 2, une cavité 4 formant chambre annulaire alimentée en liquide de refroidissement est délimitée par la paroi extérieure 5 de la chemise humide 2 et par la paroi intérieure 6 du logement 9.Des joints disposés sur les faces d'appui entre la chemise humide 2 et le carter-cylindres 1 et entre la chemise humide 2 et la culasse non figurée assurent l'étanchéité au liquide de refroidissement. Selon l'invention un revêtement 7 en matériau thermiquement isolant recouvre, dans la cavité 4, la totalité de la paroi latérale intérieure 6 du logement 9 ainsi que la partie inférieure de la paroi extérieure 5 de la chemise humide 2. Le volume de la cavité 4 non occupé par le revêtement 7 en matériau thermiquement isolant forme une chambre d'eau 8 dans laquelle circule le liquide de refroidissement. Selon l'exemple figuré, le revêtement 7 est réalisé en matériaux organiques et plus particulièrement à base de matériaux thermoplastiques. Le matériau utilisé est choisi en fonction des préconisations du cahier des charges notamment en terme de résistance à l'abrasion, de tenue aux températures et d'isolation thermique. Le revêtement 7 peut être introduit sous forme de pièce déjà formée ou bien encore être moulé dans la cavité 4. Selon l'invention, la mise en place du revêtement 7 permet d'accélérer la montée en température du liquide de refroidissement et donc du moteur. En effet, la mise en place du revêtement 7 thermiquement isolant sur la paroi latérale intérieure 6 du logement 9 réduit fortement les pertes thermiques entre le liquide de refroidissement de la chambre d'eau 8 et la paroi latérale intérieure 6. I1 s'ensuit une élévation plus rapide de la température du liquide de refroidissement qui reçoit de la chaleur de la combustion par la paroi extérieure 5 de la chemise humide 2. La réduction des pertes thermiques entre le liquide de refroidissement de la chambre d'eau 8 et la paroi latérale intérieure 6 est accompagnée d'une réduction du volume de la chambre d'eau 8 suite au volume occupé par la mise en place du revêtement 7 dans la cavité 4, la section et la hauteur de la chambre d'eau 8 pouvant alors être adaptées aux besoins du moteur. Cette réduction du volume de la chambre d'eau 8 entraîne une réduction de la masse d'eau dans le carter-cylindres 1 ce qui permet d'augmenter la vitesse de montée en température du liquide de refroidissement. Enfin, la réduction du volume de la chambre d'eau présente d'autres avantages puisque la diminution de la section de la chambre d'eau 8 permet, pour un même débit, d'augmenter la vitesse d'écoulement du liquide de refroidissement et donc d'augmenter les coefficients d'échanges ce qui améliore le refroidissement du moteur. De plus, la surface du revêtement 7 en contact avec le liquide de refroidissement peut présenter des formes particulières jouant sur l'hydrodynamique du fluide afin de mieux refroidir des zones difficiles comme les interfûts. Ainsi, la mise en place d'un revêtement 7 en matériau thermiquement isolant selon l'invention permet de réaliser sans difficulté une chambre d'eau 8 de forme particulière à l'emplacement souhaité et de faible section alors que la réduction de la section et du volume d'une chambre d'eau 8 intégrée à un carter-cylindres 1 réalisé en fonderie est habituellement limité par la taille minimale du noyau de fonderie. Le dispositif de refroidissement selon l'invention peut être avantageusement employé pour permettre l'utilisation d'un même carter-cylindres 1 sur différents moteurs à combustion interne en réalisant un revêtement 7 en matériau thermiquement isolant de forme spécifique à chaque moteur permettant d'adapter le volume de la chambre d'eau 8 aux besoins des différents moteurs. I1 peut permettre aussi, suivant les qualités d'isolation phonique des matériaux utilisés pour le revêtement 7, de réduire de façon importante le bruit émis par le moteur. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. Ainsi la présente invention s'applique aussi aux carter-cylindres à chemises sèches ou sans chemise, la chambre d'eau 8 étant alors réalisée par une cavité 4 venant entièrement de fonderie dans le carter-cylindres et la mise en place du revêtement 7 s'effectuant alors à travers les différents orifices nécessaires à la circulation du liquide de refroidissement. REVENDICATIONS [1] Dispositif de refroidissement pour moteur à combustion interne comportant au moins une chambre d'eau (8) pour la circulation d'un liquide de refroidissement à travers le moteur, ladite chambre (8) étant délimitée par une cavité (4) ménagée dans le carter-cylindres (1) du moteur de façon à s'étendre autour de la partie supérieure des alésages cylindriques (3), caractérisé en ce que des moyens (7) formant écran thermique sont disposés à l'intérieur de la cavité (4) pour limiter les transferts de chaleur entre le liquide et la paroi latérale intérieure (6) de ladite cavité (4) s'étendant à l'opposé des alésages cylindriques. [2] Dispositif de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens (7) formant écran thermique sont réalisés par un revêtement de matériau thermiquement isolant recouvrant ladite paroi latérale intérieure (6). [3] Dispositif de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que des moyens (7) formant écran thermique sont disposés à l'intérieur de la cavité (4) pour limiter les transferts de chaleur entre la paroi latérale intérieure (5) de ladite cavité (4) la plus proche du cylindre et le liquide de refroidissement. [4] Dispositif de refroidissement selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens (7) formant écran thermique sont réalisés par un revêtement de matériau thermiquement isolant recouvrant une partie de ladite paroi latérale intérieure (5) la plus proche du cylindre. [5] Dispositif de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens (7) formant écran thermique possèdent une forme et un volume étudiés pour ajuster la section et la hauteur de la chambre d'eau (8) aux besoins de refroidissement du moteur. [6] Dispositif de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les surfaces desdits moyens (7) formant écran thermique en contact avec le liquide de refroidissement possèdent une forme et une rugosité adaptées pour orienter la circulation dudit liquide selon des directions prédéterminées. [7] Dispositif de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens (7) formant écran thermique sont réalisés à base de matériaux composites organiques. [8] Dispositif de refroidissement selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens (7) formant écran thermique sont réalisés à base de polymères thermodurcissables ou thermoplastiques.