Brevet FR2757898A1 — publié le 19980703

I L'invention concerne un moteur à combustion interne multi- cylindre à refroidissement par un liquide, comportant un carter de vilebrequin contenant une chambre d'eau de refroidissement et une culasse qui repose sur le carter par l'intermédiaire d'un joint de culasse et qui est reliée à ce carter par des goujons de culasse et qui présente une chambre d'eau de refroidissement qui est limitée par des parois latérales extérieures, par un bas de culasse et par un haut de culasse et que traversent des canaux d'admission qui conduisent à une première paroi extérieure et des canaux d'échappement qui conduisent à l'autre paroi extérieure et, par cylindre, un puits pour une bougie d'allumage ou un injecteur et qui est, en différents endroits et par l'intermédiaire d'ouvertures dans le joint de culasse, reliée à la chambre d'eau de refroidissement existant dans le carter et, à une extrémité, à une évacuation. Dans le cas des moteur à combustion interne du type conforme au modèle (voir par exemple le document DE-AS 126 328), les goujons de culasse s'étendent à travers des puits de goujons qui sont disposés entre le haut de culasse et le bas de culasse et, en plus du guidage des goujons, ont la mission de soutenir le bas de culasse contre le haut de culasse et donc d'augmenter la rigidité de la culasse. Après le démarrage du moteur à combustion interne, la culasse et le carter de vilebrequin s'échauffent plus rapidement que les goujons de culasse puisque les premiers sont très rapidement chauffés par l'eau de refroidissement, tandis que les goujons de culasse, généralement très longs, ne s'échauffent que par conduction thermique par la surface de contact avec la culasse et par l'intermédiaire du filetage. Ceci conduit, dans l'allure de la température entre les goujons et les composants qui les entourent, à une hystérésis qui, en présence de goujons de culasse déjà étirés plastiquement, a pour conséquence une baisse de la résistance des goujons en cas de démarrage répété du moteur à combustion interne. En outre les puits de goujons empêchent l'écoulement à travers la culasse. L'invention a pour but d'obtenir un échauffement plus rapide pour les goujons de culasse qui servent à fixer la culasse et le carter de façon à obtenir des modifications sensiblement réversibles de la résistance des goujons. Selon l'invention, on atteint ce but par le fait que les goujons de culasse s'étendent librement à travers les chambres d'eau de refroidissement existant dans le carter et dans la culasse, que la chambre d'eau de refroidissement existant dans la culasse est en outre reliée à la chambre d'eau de refroidissement existant dans le carter par les ouvertures existant dans le joint de culasse et traversées par les goujons de culasse et que dans la chambre d'eau de refroidissement de la culasse, des nervures longitudinales orientées selon la direction longitudinale de la culasse sont prévues entre le bas de culasse et le haut de culasse. Dans le cas de la proposition conforme à l'invention, les goujons de culasse sont pratiquement entourés par l'écoulement de l'eau de refroidissement sur toute leur longueur et sont donc très rapidement amenés à la température des composants qui les entourent, de sorte que l'hystérésis mentionnée est réduite à un minimum. Grâce à un choix approprié des sections d'écoulement autour des goujons de culasse, par exemple par un dimensionnement approprié des trous qui existent dans le joint de culasse et par lesquels s'étendent les goujons de culasse, on peut obtenir, avec une puissance minimale de la pompe à eau, aussi bien selon la direction longitudinale de la culasse qu'également selon sa direction transversale, c'est-à-dire entre le côté admission et le côté échappement, un refroidissement optimal de toutes les zones de la culasse. La rigidité de la culasse, par ailleurs obtenue par les puits de goujon, s'obtient au moyen des nervures longitudinales qui, du fait qu'elles sont orientées selon la direction longitudinale, n'empêchent pas l'écoulement longitudinal. De préférence, du côté échappement, les nervures longitudinales ont la forme de nervures doubles qui limitent un canal longitudinal de refroidissement par lequel s'étendent des goujons de culasse. Ce canal est alimenté en eau de refroidissement depuis le carter par des ouvertures dans le joint de culasse par lesquelles passent les goujons de culasse. L'important gradient de pression existant entre le carter et la culasse le long des zones de la chambre d'eau de refroidissement dans lesquelles passent les goujons de culasse est également volontairement utilisé dans la partie supérieure de la culasse pour un refroidissement optimal du côté échappement, précontraint thermiquement, de la culasse. On peut obtenir un refroidissement intensif du puits qui reçoit une bougie d'allumage ou d'un injecteur et de la plaque, formant le fond de la chambre de combustion, qui l'entoure, par le fait que chacune des nervures doubles s'étend entre les plans transversaux passant par des puits voisins, étant précisé qu'entre des nervures doubles voisines subsiste pour l'eau de refroidissement un passage de sortie par lequel le canal longitudinal est donc directement relié à la zone de la chambre d'eau de refroidissement qui entoure le puits en question. Du fait de la configuration géométrique, on obtient ainsi un écoulement d'en haut, de façon voulue. Pour obtenir un écoulement intensif dans le puits et, en même temps, un autre renforcement de la culasse, on peut aussi prévoir entre des puits voisins, des nervures longitudinales qui s'étendent du bas de culasse au haut de culasse. Un écoulement optimal dans le puits peut s'opérer par le fait que les nervures longitudinales se terminent à une certaine distance des puits voisins. Dans le cas d'un moteur à combustion interne à deux canaux d'échappement par cylindre, on peut prévoir, pour un refroidissement intensif de la barrette existant entre les deux canaux d'échappement, en particulier près des sièges de soupape d'échappement, un perçage de refroidissement de la barrette qui est relié d'une part avec la chambre d'eau de refroidissement existant dans la culasse et d'autre part avec la chambre d'eau de refroidissement existant dans le carter. Grâce à un étranglement approprié de la section d'écoulement, dans le joint de culasse, on peut obtenir un gradient de pression qui opère une exposition intensive, désirée, de la plaque de fond à l'écoulement provenant du canal longitudinal. On décrit ci-dessous un exemple de réalisation de l'invention en se référant aux dessins. La figure 1 est une vue de dessus d'un moteur à combustion interne en représentation schématique, la partie supérieure de la culasse, y compris l'espace de commande de distribution, étant enlevée pour motif de lisibilité. La figure 2 est une coupe selon la ligne 2-2 de la figure 1 et de la figure 6. La figure 3 est une coupe selon la ligne 3-3 de la figure 1 et de la figure 6. La figure 4 est une coupe selon la ligne 4-4 de la figure 1 et de la figure 6. La figure 5 est une coupe selon la ligne 5-5 de la figure 1 et de la figure 6. La figure 6 est une coupe selon la ligne 6-6 de la figure 5. Le moteur à combustion interne représenté sur les dessins présente un carter de vilebrequin 1 et une culasse 2 qui repose sur le carter 1 par l'intermédiaire d'un joint de culasse 3 et qui est reliée à celui- ci par des goujons de culasse 4. Dans l'exemple de réalisation, le carter 1 contient quatre cylindre 5 et une chambre d'eau de refroidissement 6 dans laquelle est envoyée sous pression, par une pompe à eau de refroidissement non représentée, par un raccord 7, de l'eau de refroidissement. La culasse 2 présente un bas de culasse 8, un haut de culasse 9 et des parois latérales extérieures 10 et 11 ainsi que des parois frontales extérieures, non représentées, qui limitent une chambre d'eau de refroidissement 12. La chambre d'eau de refroidissement 12 est traversée, par cylindre, par deux canaux d'admission 14, commandés par des soupapes d'admission 13, et deux canaux d'échappement, commandés par des soupapes d'échappement 15, et par un puits 17 qui reçoit une bougie d'allumage ou un injecteur. Les canaux d'admission 14 partent de la paroi extérieure 10 et les canaux d'échappement 16 conduisent à la paroi extérieure 11. La chambre d'eau de refroidissement 12 est reliée, à une extrémité de la culasse 2, par des perçages 18 et 19, à la chambre d'eau de refroidissement 6 existant dans le carter 1 et, à l'autre extrémité, par un raccord d'évacuation 20, à la pompe à eau de refroidissement. La chambre d'eau de refroidissement 12 est ainsi parcourue par de l'eau de refroidissement selon la direction longitudinale, c'est-à-dire de droite à gauche sur la figure 1. Comme on le voit en particulier sur la figure 4, les goujons de culasse 4 s'étendent librement à travers des chambres d'eau de refroidissement 6 et 12 existant dans le carter 1 ou dans la culasse 2. De ce fait de l'eau de refroidissement s'écoule autour d'eux et les amène rapidement à la température des composants qui les entourent. Du fait de la suppression des puits de goujon habituels, l'écoulement longitudinal de l'eau à travers la culasse est amélioré. La rigidité de la culasse, par ailleurs obtenue par les puits de goujon, s'obtient par le fait que, du côté échappement, dans la chambre d'eau de refroidissement 12, entre le bas de culasse 11 et le haut de culasse 10, des nervures doubles, 21, 22, orientées selon la direction longitudinale de la culasse sont prévues de façon à former un canal longitudinal d'écoulement 25 à travers lequel passent les goujons de culasse 4. Du côté admission, froid, un épaississement approprié des parois des canaux d'admission suffit pour reprendre les charges des goujons de culasse. D'autres nervures longitudinales 23 sont prévues entre des puits voisins 17. Pour obtenir une grande homogénéisation de la température de la culasse 2 sur toute sa longueur, sa chambre d'eau de refroidissement 12 est reliée à la chambre d'eau de refroidissement 6 existant dans le carter 1 non seulement par l'intermédiaire des perçages 18, 19 mais en outre par l'intermédiaire des ouvertures 24, de dimension appropriée, dans le joint de culasse 3, par lesquelles passent les goujons de culasse 4. L'eau de refroidissement qui s'écoule, depuis la gauche sur la figure 1, dans la chambre d'eau de refroidissement 6 du carter 1 est donc également conduite, en partie, par les ouvertures 24, dans la chambre d'eau de refroidissement 12, étant précisé que grâce à un dimensionnement différent des ouvertures 24 on peut doser la quantité de liquide de refroidissement amenée à chaque zone de la culasse. On obtient un refroidissement particulièrement intensif du côté échappement, contraint au maximum thermiquement, par le fait que l'eau de refroidissement est directement amenée par les ouvertures 24, en provenance de la chambre d'eau de refroidissement 6 du carter 1, au canal longitudinal continu 25 formé par les nervures doubles 21, 22 au-dessus des canaux d'échappement 16. Le gradient de pression entre la chambre d'eau de refroidissement 6 et le canal longitudinal 25 est déterminé par les sections des ouvertures 24 existant dans le joint de culasse 3 pour que malgré le concept de refroidissement longitudinal on obtienne des conditions de refroidissement comparables pour chaque cylindre. Du fait que les soupapes d'échappement 15 sont guidées dans une nervure 22 des nervures doubles 21, 22, on obtient un refroidissement supplémentaire des guides de soupape d'échappement. Comme représenté sur la figure 6, chacune des nervures doubles 21, 22, s'étend entre les plans transversaux passant par les puits voisins, 17, étant précisé qu'entre des nervures doubles voisines subsiste un passage 26 par lequel le canal longitudinal 25 est relié avec la zone de la chambre d'eau de refroidissement 12 qui entoure le puits en question 17. Du fait que les nervures longitudinales 23 se terminent, comme représenté, à une certaine distance du puits, on obtient un lavage périphérique du puits et donc un refroidissement intensif de ce puits et du fond 27 de la chambre de combustion (figure 3). En particulier du fait que l'écoulement vient d'en haut, par la fente 26 du canal longitudinal 25, l'écoulement est concentré vers le bas et conduit donc à un refroidissement intensif de la plaque de fond chaude. Pour garantir un bon refroidissement de la zone de barrette située entre des canaux d'échappement voisins, dans cette zone est prévu un perçage 28 de refroidissement de la barrette (figure 3) qui est relié d'une part avec la chambre d'eau de refroidissement 6 par les haricots extérieurs 30 de la chambre d'eau elle-même reliée à la chambre d'eau de refroidissement 6 existant dans le carter 1 par des ouvertures 29 dans le joint de culasse 3 et d'autre part avec le canal longitudinal 25 par l'intermédiaire de la zone de la chambre d'eau de refroidissement 12 qui entoure le conduit 17 et du passage 26. Grâce à un dimensionnement approprié des ouvertures 29, on peut doser et déterminer la quantité d'eau de refroidissement qui s'écoule sur ce chemin dans le perçage 28. Malgré le principe de l'écoulement longitudinal, il en résulte, pour les zones chaudes, situées du côté échappement, grâce à l'écoulement transversal provenant du passage 26 et du perçage 28, un très bon refroidissement homogène. REVENDICATION R E V E N D I C A T I O N 1. Moteur à combustion interne multicylindre à refroidissement par un liquide, comportant un carter de vilebrequin (1) contenant une chambre d'eau de refroidissement (6) et une culasse (2) qui repose sur le carter (1) par l'intermédiaire d'un joint de culasse (3) et qui est reliée à ce carter par des goujons de culasse (4) et qui présente une chambre d'eau de refroidissement (12) qui est limitée par des parois latérales extérieures (10, 11), par un bas de culasse (9) et par un haut de culasse (9) et que traversent des canaux d'admission (14) qui conduisent à une première paroi extérieure (10) et des canaux d'échappement (16) qui conduisent à l'autre paroi extérieure (11) et, par cylindre, un puits (17) pour une bougie d'allumage ou un injecteur et qui est, en différents endroits et par l'intermédiaire d'ouvertures dans le joint de culasse (3), reliée à la chambre d'eau de refroidissement (6) existant dans le carter (1) et, à une extrémité, à une évacuation (20), caractérisé par le fait que les goujons de culasse (4) s'étendent librement à travers les chambres d'eau de refroidissement (6 ou 12) existant dans le carter (1) et dans la culasse (2), que la chambre d'eau de refroidissement (12) existant dans la culasse (2) est en outre reliée à la chambre d'eau de refroidissement (6) existant dans le carter (1) par les ouvertures (24) existant dans le joint de culasse (3) et traversées par les goujons de culasse (4) et que dans la chambre d'eau de refroidissement (12) de la culasse (2), des nervures longitudinales (21, 22, 23) orientées selon la direction longitudinale de la culasse sont prévues entre le bas de culasse (8) et le haut de culasse (9). 2. Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé par le fait que dans la zone des canaux d'échappement (16) sont prévues des nervures doubles (21, 22), orientées longitudinalement, entre lesquelles les goujons de culasse (4) s'étendent du côté échappement et qui limitent, au-dessus des canaux d 'échappement (16), un canal longitudinal (25) qui, par l'intermédiaire des ouvertures (24) existant dans le joint de culasse (3) et traversées par les goujons de culasse (4) est relié à la chambre d'eau de refroidissement (6) existant dans le carter (1). 3. Moteur à combustion interne selon la revendication 2, caractérisé par le fait que chacune des nervures doubles (21, 22) s 'étend entre les plans transversaux passant par des puits (17) voisins et qu'entre des nervures doubles voisines subsiste un passage par lequel le canal longitudinal (25) est relié à la zone de la chambre d'eau de refroidissement (12) qui entoure le puits en question (17). 4. Moteur à combustion interne selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que dans la barrette existant entre les canaux d'échappement (16) de chaque cylindre est prévu un canal transversal (28) qui est relié d'une part avec la chambre d'eau de refroidissement (6) existant dans le carter (1) et d'autre part avec la zone de la chambre d'eau de refroidissement (12), existant dans la culasse (2), qui entoure le puits (17). 5. Moteur à combustion interne selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'entre des puits voisins (17) sont prévues des nervures longitudinales (23) qui s'étendent du bas de culasse (8) au haut de culasse (9). 6. Moteur à combustion interne selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les nervures longitudinales (23) se terminent à une certaine distance des puits voisins (17).