Brevet FR2764338A1 — publié le 19981211

L'invention se rapporte à une culasse de cylindre pour un moteur à combustion interne à plusieurs cylindres, comportant plusieurs zones de cylindre (11, 111) qui comprennent chacune des canaux d'échange de gaz, des guidages de soupape et des orifices taraudés pour un cylindre, ladite culasse comportant une surface de couverture destinée à l'appui sur un bloc de cylindre, une cuve de soupape située en vis-à- vis de la surface de couverture, deux surfaces latérales s'étendant longitudinalement et deux faces frontales, et dans laquelle un canal longitudinal à eau de refroidissement, obtenu par coulée, s'étend le long des plusieurs zones de cylindre et présente des ouvertures d'entrée et de sortie d'eau de refroidissement pour la liaison avec des canaux à eau de refroidissement dans le bloc de cylindre. L'invention se rapporte en outre à un procédé pour réaliser par coulée de telles culasses de cylindre ainsi qu'à un noyau de coulée approprié pour la mise en oeuvre du procédé de coulée. Dans des moteurs à haute charge thermique qui représentent de nos jours la norme en raison de l'augmentation de la puissance volumique et à l'égard de la législation concernant les gaz d'échappement, il se pose de plus en plus le problème de la formation de bulles de vapeur dans le système d'eau de refroidissement, que l'on doit absolument éviter à l'égard de la détérioration de transmission de chaleur et des contraintes thermiques inadmissibles qui en résultent. Dans le cas de moteurs modernes à deux, trois, quatre ou cinq soupapes, c'est-à-dire avec 2, 3, 4 ou 5 soupapes par cylindre, le problème devient encore plus important par le fait que le canal longitudinal à eau de refroidissement est de plus en plus ramifié et compliqué, de sorte qu'il se forme des régions o la vitesse d'écoulement de l'eau de refroidissement est réduite et favorise la formation de bulles de vapeur. On connaît une culasse sensiblement du même type du document DE 28 39 199 C2. Dans ce cas, un canal longitudinal à eau de refroidissement s'étend à proximité d'une surface latérale sur le côté entrée. Ici, les canaux transversaux à eau de refroidissement sont réalisés sous forme de perçages. Ils sont reliés à des chambres à eau en forme de niches susceptibles d'être élargies jusqu'au plan de séparation entre la culasse de cylindre et le bloc de cylindre et ils servent à un écoulement d'eau de refroidissement défini. En partant de ce fait, l'objectif sous-jacent à la présente invention est de proposer une culasse qui comporte des moyens qui s'opposent à la formation de bulles de valeur, tout en proposant en outre un procédé approprié pour réaliser ces moyens. Une culasse de cylindre conforme à l'invention se caractérise par le fait qu'il est prévu au moins un canal transversal à eau de refroidissement, obtenu par coulée, pour la mise à l'air et l'évacuation de bulles de vapeur, qui s'étend transversalement à la direction longitudinale des plusieurs zones de cylindre dans une plaque intermédiaire de la cuve de soupape au-dessus du canal longitudinal à eau de refroidissement et qui est relié au niveau de l'une de ses extrémités, à proximité d'une surface latérale de la culasse, au canal longitudinal à eau de refroidissement via une ouverture de déversement, et qui présente au niveau de son autre extrémité opposée à l'ouverture de déversement, à proximité de l'autre surface latérale, une conduite d'évacuation. Dans un bloc de cylindre, au moins un canal transversal à eau de refroidissement est agencé par exemple à mi- longueur ou dans la moitié arrière de la culasse vue en direction d'écoulement du canal longitudinal à eau de refroidissement. De préférence, chacune desdits zones de cylindre comporte un propre canal transversal à eau de refroidissement, de sorte que les relations thermiques des zones de cylindre sont équilibrées. Grâce à ces moyens, il est possible d'évacuer en particulier dans chacune des zones de cylindre individuelles des bulles de vapeur qui se forment éventuellement, par un courant partiel d'eau de refroidissement qui est directement ramené au bloc de cylindre, et ceci à proximité de l'emplacement o elles se forment, de sorte qu'aucun "nid" de bulles de vapeur plus important ne peut se former dans les zones de cylindre individuelles. De préférence, le canal transversal à eau de refroidissement comporte un tronçon d'évacuation coudé respectif qui mène jusqu'à la surface de couverture. Dans ce cas, la conduite d'évacuation sort dans la surface de couverture, de sorte qu'un retour du courant partiel d'eau de refroidissement correspondant peut avoir lieu via la contre-surface correspondante du bloc de cylindre. Cependant, il est également possible de faire sortir la conduite d'évacuation hors d'une surface latérale et de la ramener par une conduite extérieure dans le bloc de cylindre ou directement jusqu'au radiateur. l0 Selon un mode de réalisation préféré, on prévoit que le canal longitudinal à eau de refroidissement forme respectivement dans la région d'une ouverture de déversement un dôme, c'est-à-dire qu'il a un évasement en forme de coupole dans sa partie la plus haute qui facilite l'amenée de bulles de vapeur qui se forment éventuellement également à des vitesses d'écoulement faibles du courant partiel d'eau de refroidissement et pour de petites sections transversales du canal transversal à eau de refroidissement. Dans un autre développement de réalisation, il est prévu que la section transversale du tronçon d'évacuation respectif soit supérieure à la section transversale du tronçon du canal transversal à eau de refroidissement, qui s'étend au fond de la cuve de soupape ou dans la plaque intermédiaire. Grâce à ceci, on optimise la surface d'étanchéité par rapport au bloc de cylindre à l'égard de la largeur des barrettes ou des pressions superficielles. De plus, on a prévu que l'ouverture de déversement entre le canal longitudinal à eau de refroidissement et un canal transversal à eau de refroidissement soit réalisée par un perçage respectif ménagé dans la culasse, et l'on met en place un bouchon ou un couvercle dans l'extrémité ouverte du perçage, laquelle sort de la culasse. De cette manière, les deux types de canaux à eau de refroidissement sont plus simples à réaliser sur le plan technique du procédé de coulée, et on peut en particulier dimensionner plus exactement l'ouverture de déversement. Il peut être avantageux de mener la conduite d'évacuation du canal transversal à eau de refroidissement à proximité de canaux d'aspiration d'air respectifs qui amènent de l'air d'aspiration détendu et ainsi refroidi. Grâce à ceci, on assure le refroidissement de l'eau de refroidissement qui transporte les bulles de vapeur, et une condensation de celles-ci. Dans le cas de culasses comportant des canaux d'entrée et de sortie répartis transversalement à la direction longitudinale sur les deux côtés longitudinaux dans chaque zone de cylindre, c'est-à-dire dans le cas d'un agencement toujours présupposé en particulier dans des moteurs à plusieurs soupapes, on prévoit que l'ouverture de déversement se trouve sur le côté respectif des canaux de sortie et que la conduite d'évacuation se trouve sur le côté respectif des canaux d'entrée. Grâce à ceci, l'évacuation des bulles de vapeur éventuellement existantes hors du canal longitudinal à eau de refroidissement se fait directement à l'emplacement de la formation des bulles, c'est-à-dire donc sur le côté plus chaud de la culasse. De plus, dans le cas de culasses comportant respectivement deux soupapes d'entrée ou plus et deux soupapes de sortie ou plus par zone de cylindre, on prévoit que les canaux transversaux à eau de refroidissement s'étendent chacun entre deux perçages de guidage de soupape répartis en direction transversale et deux orifices taraudés de culasse répartis en direction transversale. De cette manière, on peut rapprocher les canaux transversaux à eau de refroidissement le plus possible en direction du centre des chambres à combustion. Le procédé conforme à l'invention pour réaliser une culasse de cylindre est caractérisé par le fait que l'on réalise les canaux transversaux à eau de refroidissement et le canal longitudinal à eau de refroidissement par coulée sans liaison l'un avec l'autre, que l'on réalise les ouvertures de déversement au moyen d'un perçage respectif, et que l'on referme les extrémités extérieures des perçages par un bouchon ou un couvercle respectif. Dans ce cas, les perçages peuvent être réalisés de préférence en partant d'une surface latérale de la culasse, mais ils peuvent également être réalisés en partant du fond de la cuve de soupape, et ils entrent alors approximativement verticalement dans la paroi de séparation entre les deux canaux coulés et peuvent donc être dimensionnés de façon particulièrement exacte. Comme déjà mentionné, les conduites d'évacuation coudées peuvent sortir, en étant réalisées par coulée, hors de la surface de couverture, ou bien également en étant réalisées par coulée et/ou percées hors de la surface latérale, située en vis-à-vis de la surface de couverture, de la culasse. Un noyau de coulée pour réaliser les canaux transversaux à eau de refroidissement, obtenus par coulée, se caractérise par le fait que le noyau de coulée présente la forme d'un coude sur lequel sont moulés des supports de noyau ou des marquages de noyau en tant que prolongements longitudinaux des deux bras. Le marquage de noyau partant du tronçon horizontal peut être posé sur un marquage d'un noyau de canal de sortie ou bien être monté sur un support de marquage de noyau qui s'étend depuis la partie de fond du moule de coulée vers le haut, tandis que le marquage de noyau à l'extrémité de la conduite d'évacuation peut être centré et positionné dans la partie de fond du moule de coulée au moyen d'un marquage de noyau en relief. D'autres détails seront expliqués en se rapportant aux dessins. Les figures montrent: figure 1 une culasse de cylindre conforme à l'invention en coupe verticale à travers un canal transversal à eau de refroidissement le long de la ligne de coupe de la figure 2; figure 2 un secteur de cylindre d'une culasse conforme à l'invention selon la figure 1, en vue de dessus avec une coupe horizontale illustrée en supplément à travers le canal transversal à eau de refroidissement le long de la ligne de coupe selon la figure 1; figure 3 un noyau de coulée conforme à l'invention dans une culasse selon la figure 1 en coupe verticale le long de la ligne de coupe selon la figure 4; et figure 4 un noyau de coulée conforme à l'invention dans un secteur de cylindre selon la figure 2, en coupe horizontale le long de la ligne de coupe selon la figure 3. Les figures 1 et 2 seront décrites conjointement dans ce qui suit. Une culasse de cylindre 1 comporte une surface d'étanchéité 2 qui est mise en place sur un bloc de cylindre, ainsi qu'une surface de couvercle 3 qui est constituée sensiblement par des barrettes et sur laquelle est mis en place un couvercle. De plus, on voit des surfaces latérales 4, 5. Les barrettes comprennent des barrettes longitudinales 6 s'étendant le long de la surface latérale 4 qui représente le côté entrée, des barrettes longitudinales 7 s'étendant le long du côté longitudinal 5 qui représente le côté sortie, ainsi que des barrettes transversales 8 qui relient celles-ci transversalement à la direction longitudinale, et dans lesquelles on a réalisé des évidements 9, 10 pour recevoir des paliers d'arbre à cames. Une zone de cylindre 1 1 de la culasse 1 est restreinte par les centres de perçage des orifices taraudés 12, 13, 14, 15. Une autre zone de cylindre 1 1 1 ainsi qu'une zone d'extrémité de culasse 21 1 se raccordent en direction longitudinale à la zone de cylindre 1 1. Des poches de poussoirs de soupapes 16, 17, 18, 19 se trouvent à l'intérieur de ces orifices taraudés. Les poches 16, 18 sont prévues pour les soupapes d'entrée et les poches 17, 19 sont prévues pour les soupapes de sortie. Au milieu entre les poches de poussoirs de soupapes est prévu un perçage 20 pour une buse d'injection. Les axes des perçages de guidage de soupape et des perçages à buse sont suggérés par des lignes en tirets. Approximativement au milieu entre les surfaces latérales 4, 5, une plaque intermédiaire 21 s'étend horizontalement; elle forme conjointement avec les barrettes 6, 7 la cuve de soupape 22 ouverte vers le haut et conjointement avec une paroi de couverture inférieure 23 de la culasse un canal longitudinal à eau de refroidissement 24 qui est refermé sur tous les côtés et qui est limité au niveau des zones de cylindre extérieures par des parois frontales de la culasse. Au voisinage du canal longitudinal à eau de refroidissement 24 se trouve un canal d'aspiration d'air 26 partiellement au-dessous de la plaque intermédiaire 21, qui s'étend depuis un manchon d'entrée latéral 25 jusqu'à la surface d'étanchéité 2. Au-dessus du canal longitudinal à eau de refroidissement 24 et du canal d'aspiration d'air 26 se trouve un canal transversal à eau de refroidissement 27 qui est réalisé dans la plaque intermédiaire 21 et qui se transforme en un tronçon d'évacuation ou d'extrémité 28 dont le tracé est sensiblement vertical. Le tronçon d'évacuation 28 possède une ouverture de sortie 29 dans la surface d'étanchéité 2. Sur le côté sortie, le canal transversal à eau de refroidissement 27 est élargi par un perçage 30 refermé vers l'extérieur par un couvercle 31 mis en place sous pression. Le diamètre du perçage 30 est aussi important qu'il se produit un chevauchement avec le canal longitudinal à eau de refroidissement 24 et qu'il en résulte une ouverture de déversement 32. L'ouverture de déversement 32 est ménagée dans une région dans laquelle le canal longitudinal à eau de refroidissement 24 forme un dôme 33. Des bulles de vapeur qui se forment dans le canal longitudinal à eau de refroidissement 24 peuvent ainsi se collecter dans le dôme 33, parvenir via l'ouverture de déversement 32 jusque dans le canal transversal à eau de refroidissement 27 et être évacuées dans le bloc de cylindre avec une quantité d'eau de refroidissement qui retourne dans le tronçon d'évacuation 28. Grâce à la position à proximité du canal d'aspiration d'air 26 dans lequel s'écoule de l'air d'aspiration détendu et ainsi refroidi, il s'effectue un refroidissement de l'eau de refroidissement, qui peut mener déjà dans cette région à une condensation des bulles d'air éventuellement existantes. En vue de dessus, le canal transversal à eau de refroidissement 27 s'étend en forme de méandres entre deux orifices taraudés respectifs 12, 13 et deux poches de poussoirs de soupapes 16, 17. Les figures 3 et 4 seront décrites conjointement dans ce qui suit. Les éléments individuels de la culasse ne sont ici pas représentés en détail. Cependant, on les voit de la même manière que dans les figures 1 et 2, même s'ils sont illustrés par des lignes minces. Dans ce cas, un noyau de coulée 51 comportant un bras transversal 52 et un bras vertical 53 détermine la forme du canal transversal à eau de refroidissement. La forme correspond au canal transversal à eau de refroidissement fini, exception faite du perçage d'élargissement. Le noyau ne présente donc pas d'intersection avec le canal longitudinal à eau de refroidissement. On a agencé à l'extrémité du bras transversal 52 un marquage de noyau 54 qui peut être disposé sur un marquage d'un noyau pour un canal de sortie de gaz ou bien sur un support de marquage de noyau redressé sur la plaque du moule de coulée. On a moulé un marquage de noyau 55 à l'extrémité du bras vertical 53, que l'on peut mette en place dans un marquage de noyau en relief dans la plaque du moule de coulée. Liste des références 1 culasse de cylindre 2 surface d'étanchéité 3 surface de couvercle 4 surface latérale surface latérale 6 barrette longitudinale 7 barrette longitudinale 8 barrette transversale 9 évidement 1 0 évidement 1 1, 111, 211 zone de cylindre 12 orifice taraudé 13 orifice taraudé 14 orifice taraudé orifice taraudé 16 poche de poussoir de soupape 17 poche de poussoir de soupape 18 poche de poussoir de soupape 19 poche de poussoir de soupape perçage 21 plaque intermédiaire 22 cuve de soupape 23 paroi de couverture 24 canal longitudinal à eau de refroidissement manchon d'entrée d'air 26 canal d'aspiration d'air 27 canal transversal à eau de refroidissement 28 tronçon d'évacuation/d'extrémité 29 ouverture de sortie perçage 31 couvercle 32 ouverture de déversement 33 dôme 51 noyau de coulée 52 bras transversal 53 bras vertical 54 marquage de noyau marquage de noyau Revendications 1. Culasse de cylindre (1) pour un moteur à combustion interne à plusieurs cylindres, comportant plusieurs zones de cylindre (11, 111, 211) qui comprennent chacune des canaux d'échange de gaz, des guidages de soupape et des orifices taraudés (12, 13, 14, 15) pour un cylindre, ladite culasse comportant une surface de couverture (3) destinée à l'appui sur un bloc de cylindre, une cuve de soupape (22) située en vis- à-vis de la surface de couverture (3), deux surfaces latérales (4, 5) s'étendant longitudinalement et deux faces frontales, et dans laquelle un canal longitudinal à eau de refroidissement (24), obtenu par coulée, s'étend le long des plusieurs zones de cylindre (11, 111, 211) et présente des ouvertures d'entrée et de sortie d'eau de refroidissement (29) pour la liaison avec des canaux à eau de refroidissement dans le bloc de cylindre, caractérisée en ce qu'il est prévu au moins un canal transversal à eau de refroidissement (27), obtenu par coulée, pour la mise à l'air et l'évacuation de bulles de vapeur, qui s'étend transversalement à la direction longitudinale des plusieurs zones de cylindre (11, 111) dans une plaque intermédiaire au-dessus du canal longitudinal à eau de refroidissement et qui est relié au niveau de l'une de ses extrémités, à proximité d'une surface latérale (4, 5) de la culasse (1), au canal longitudinal à eau de refroidissement via une ouverture de déversement, et qui présente au niveau de son autre extrémité opposée à l'ouverture de déversement (32), à proximité de l'autre surface latérale (5, 4), une conduite d'évacuation. 2. Culasse selon la revendication 1, caractérisée en ce que le canal transversal à eau de refroidissement (27) comporte un tronçon d'évacuation coudé (28) qui mène jusqu'à la surface de couverture (3). 3. Culasse selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'il est prévu dans chaque zone de cylindre (1 1, 1 1 1) un canal transversal à eau de refroidissement (27), obtenu par coulée. 4. Culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit au moins un canal longitudinal à eau de refroidissement (24) forme respectivement dans la région d'une ouverture de déversement (32) un dôme, c'est-à-dire qu'il a un évasement en forme de coupole à sa partie la plus haute. 5. Culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la section transversale du tronçon d'évacuation respectif (28) est supérieure à la section transversale du tronçon du canal transversal à eau de refroidissement (27), qui s'étend dans la plaque intermédiaire (21). 6. Culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'ouverture de déversement (32) est formée par un perçage (30) dans la culasse. 7. Culasse selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'il est prévu un bouchon ou un couvercle (31) engagé à une extrémité du perçage (30) dans une paroi extérieure de la culasse. 8. Culasse comportant des canaux d'entrée et de sortie répartis transversalement à la direction longitudinale dans chaque zone de cylindre, caractérisée en ce que l'ouverture de déversement (32) se trouve respectivement sur le côté des canaux de sortie, et en ce que la conduite d'évacuation se trouve respectivement sur le côté des canaux d'entrée. 9. Culasse comportant respectivement deux canaux d'entrée et deux canaux de sortie dans chaque zone de cylindre, caractérisée en ce que ledit au moins un canal transversal à eau de refroidissement (27) s'étend respectivement entre deux guidages de soupapes répartis transversalement à la direction longitudinale et deux orifices taraudés répartis transversalement à la direction longitudinale. 10. Procédé pour réaliser une culasse de cylindre selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'on réalise par coulée ledit au moins un canal transversal à eau de refroidissement (27) et le canal longitudinal à eau de refroidissement (24) sans liaison l'un avec l'autre, en ce que l'on réalise l'ouverture de déversement (32) au moyen d'un perçage respectif (30), et en ce que l'on referme l'extrémité extérieure du perçage (30) par un bouchon ou un couvercle respectif (31). 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'on réalise le perçage (30) en partant d'une surface latérale respective (4, 5). 12. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'on réalise le perçage en partant du fond de la cuve de soupape (22). 13. Noyau de coulée pour réaliser un canal transversal à eau de refroidissement, obtenu par coulée, dans une culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que des supports de noyau ou des marquages de noyau sont moulés en tant que prolongements longitudinaux sur les pièces de formage. 14. Noyau de coulée selon la revendication 13, caractérisé en ce que le noyau de coulée présente la forme d'une pièce coudée.