Brevet FR2774128A1 — publié le 19990730

CULASSE DE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE REFROIDIE PAR LIOUIDE La présente invention concerne une culasse pour moteur à combustion interne équipant notamment les véhicules automobiles. L'invention concerne plus particulièrement le circuit de refroidissement s'étendant à travers la culasse du moteur. Les circuits de refroidissement par liquide des moteurs à combustion interne connus comportent généralement un circuit d'alimentation d'eau dans le carter-cylindres, et un circuit d'eau dans la culasse. La généralisation des culasses comportant trois ou quatre soupapes par cylindres pour améliorer les performances des moteurs posent des problèmes délicats de refroidissement auxquels les dispositifs connus ne répondent plus. Le but de la présente invention est de proposer une culasse pour moteur à combustion interne comportant un circuit de refroidissement tout à la fois performant et simple à réaliser. La culasse pour moteur à combustion interne refroidie par liquide selon l'invention est du type comportant une pluralité de chambres de combustion ménagées sur sa face inférieure, chaque chambre de combustion coopérant avec au moins deux conduits d'admission et au moins deux conduits d'échappement, et un circuit de refroidissement adapté venu de fonderie pour la circulation du liquide de refroidissement en provenance du cartercylindres. Selon l'invention, la culasse pour moteur à combustion interne refroidie par liquide est caractérisée en ce que le circuit de refroidissement comporte un passage central s'étendant longitudinalement à travers la culasse au-dessus des chambres de combustion, une galerie collectrice s'étendant longitudinalement à travers la culasse au-dessus des conduits d'échappement et des cavités distinctes coopérant respectivement avec les conduits d'admission et d'échappement de chacune des chambres de combustion. Selon une autre caractéristique de la culasse pour moteur à combustion interne refroidie par liquide objet de l'invention, le passage central et la galerie collectrice débouchent sur l'une des faces transversales de la culasse par des orifices distincts de sortie du liquide de refroidissement. Selon une autre caractéristique de la culasse pour moteur à combustion interne refroidie par liquide objet de l'invention, le passage central est alimenté en liquide de refroidissement depuis les cavités distinctes coopérant respectivement avec les conduits d'admission et d'échappement et par des passages spécifiques Selon une autre caractéristique de la culasse pour moteur à combustion interne refroidie par liquide objet de l'invention, les cavités distinctes coopérant respectivement avec les conduits d'admission et d'échappement communiquent avec le passage central par l'intermédiaire de passages appropriés s'étendant respectivement entre les conduits d'admission et les conduits d'échappement. Selon une autre caractéristique de la culasse pour moteur à combustion interne refroidie par liquide objet de l'invention, le passage central coopère avec des moyens limiteurs de débit sous forme de parois transversales forçant une partie adaptée du flux de liquide de refroidissement vers la galerie collectrice. Selon une autre caractéristique de la culasse pour moteur à combustion interne refroidie par liquide objet de l'invention, les moyens limiteurs de débit servent également grâce à des parois longitudinales adaptées à canaliser le flux de liquide de refroidissement au plus près de chacune des chambres de combustion. Selon une autre caractéristique de la culasse pour moteur à combustion interne refroidie par liquide objet de l'invention, les cavités coopérant avec les conduits d'échappement et la galerie collectrice sont réalisées par un unique noyau réalisant la communication entre ces éléments du circuit de refroidissement, leur séparation étant ensuite réalisée par des bouchons appropriés. 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 aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue en coupe transversale d'une culasse de moteur à combustion interne selon l'invention ; la figure 2 est une vue en coupe selon le plan E-E de la figure 1 la figure 3 est une vue en coupe selon le plan C-C de la figure 2 ; la figure 4 est une vue en coupe selon le plan D-D de la figure 2 la figure 5 est une vue en coupe selon le plan A-A de la figure 2. Conformément aux figures, seuls les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention ont été representés. De plus, pour faciliter la lecture des dessins, les mêmes pièces portent les mêmes références d'une figure à 1' autre. La culasse référencée 1 sur les figures 1 à 5, concerne plus particulièrement un moteur à combustion interne, à allumage commandé comportant quatre cylindres en ligne. Cette culasse 1 qui est de type à flux croisé ("cross-flow") et à refroidissement par liquide est réalisée en alliage d'aluminium directement par moulage. Le process de fonderie retenu dans l'exemple illustré, est une coulée par gravité ou basse pression combinant des noyaux sables et des empreintes extérieures métalliques. La culasse 1 comprend quatre chambres de combustion 2 débouchant sur sa face inférieure 3 destinée à venir en appui contre le cartercylindres non figuré, avec interposition d'un joint. Ces chambres de combustion 2 destinées à venir en regard des alésages cylindriques du carter-cylindres, sont identiques les unes aux autres et s'étendent en ligne le long de l'axe longitudinal (ligne A-A de la figure 1). Chaque chambre de combustion 2 coopère avec deux conduits d'admission 4, 5 et deux conduits d'échappement 6, 7 s'étendant transversalement à travers la culasse 1, respectivement de part et d'autre du plan médian longitudinal passant par l'axe longitudinal (ligne A-A) et l'axe des cylindres non figurés. Les conduits d'admission 4 et 5 qui sont de type séparés dans l'exemple illustré, débouchent à une extrémité sur l'une des faces latérales 8 de la culasse 1 et à leur autre extrémité dans la chambre de combustion 2 par des orifices formant les sièges de soupapes à tige non figurées montées coulissantes dans des guides 9 insérés dans des logements correspondants de la culasse 1. De façon similaire, les conduits d'échappement 6 et 7 qui sont de type siamoisés dans l'exemple illustré, débouchent à une extrémité sur l'autre face latérale 11 de la culasse 1 et à leur autre extrémité dans la chambre de combustion 2 par des orifices formant les sièges de soupapes à tige non figurées montées coulissantes dans des guides 11 insérés dans des logements correspondants de la culasse 1. La culasse 1 présente par ailleurs quatre passages ou puits 13 s'étendant sensiblement dans l'axe des cylindres et débouchant au centre de chacune des chambres de combustion 2 pour permettre le montage des bougies d'allumage non figurées. Conformément à l'invention, la culasse comporte venu de fonderie un circuit adapté pour la circulation du liquide de refroidissement en provenance du carter-cylindres. Ce circuit comprend un passage central 12, s'étendant longitudinalement au-dessus des chambres de combustion 2 dont il assure ainsi le refroidissement. Ce passage central 12 s'étend donc à travers toute la culasse 1 en entourant les puits de bougie 13. Le passage central 12 est alimenté en liquide de refroidissement directement par des montées 14 et 15 s'étendant respectivement de part et d'autre du plan médian longitudinal côté admission et côté échappement. Ces montées 14 et 15, dirigées parallèlement à l'axe des cylindres, sont disposées dans les zones inter-fûts c'est-àdire entre les cylindres. Chacune de ces montées 14, 15 débouche sur la surface inférieure 3 de la culasse 1 de façon à correspondre avec un orifice d'arrivée du liquide de refroidissement ménagé sur la tablature supérieure du carter-cylindres. Le passage central 12 est également alimenté en liquide de refroidissement à partir de passages auxiliaires ménagés autour des conduits d'admission et des conduits d'échappement. Côté admission, quatre cavités débouchantes distinctes 16 venues de moulage, en forme de lunule et ménagées sous chacune des paires de conduits d'admission 5 et 4, recueillent directement le liquide de refroidissement en provenance d'orifices correspondants ménagés sur la tablature supérieure du carter-cylindres. Chacune de ces cavités 16 ménagées sur la face inférieure 3 de la culasse 1 communiquent avec le passage central 12 par un perçage oblique 17 usiné entre les conduits d'admission 5 et 4 correspondants. Côté échappement, quatre cavités non débouchantes distinctes 18 venues de moulage sont ménagées sous chacune des paires de conduits d'échappement 5 et 4. Ces cavités 18 sont alimentées en liquide de refroidissement par deux montées 19 s'étendant respectivement sous chacun des conduits d'échappement 6, 7. Ces montées 19, qui s'étendent sensiblement parallèlement à l'axe des cylindres, débouchent sur la surface inférieure 3 de la culasse 1 de façon à correspondre avec des orifices d'arrivée du liquide de refroidissement ménagés sur la tablature supérieure du cartercylindres. Les cavités 18 s'étendent principalement sous les conduits d'échappement 6, 7 sur sensiblement toute la longueur et au plus près de ces derniers afin d'en améliorer le refroidissement. Chacune de ces cavités 18 communique avec le passage central 12 par un passage 20 venu de moulage qui s'étend entre les deux conduits d'échappement 6 et 7 correspondants. Le passage central 12 communique quant à lui avec une galerie collectrice 21 venue de moulage qui s'étend longitudinalement à travers la culasse au-dessus des conduits d'échappement 6, 7. La mise en communication du passage central avec la galerie collectrice 21 est assurée au droit de chacune des chambres de combustion par des passages 22 venus de fonderie s'étendant autour des guides 11 des soupapes d'échappement. Des moyens limiteurs de débit formés par des parois 27 de dimensions appropriées s'étendant transversalement à travers le passage central 12 entre chacune des chambres de combustion, tendent à forcer la circulation du liquide de refroidissement directement d'une chambre de combustion à l'autre et donc à assurer une circulation transversale du liquide de refroidissement à travers la culasse 1. Ces obstacles 27 n'obturent toutefois pas complètement le passage afin de laisser subsister une circulation adaptée de type longitudinale à travers le passage central 12 d'une chambre de combustion à l'autre. Ces moyens limiteurs de débit servent également à canaliser la circulation du liquide de refroidissement au plus près de chacune des chambres de combustion 2 en présentant des parois déf lectrices s'étendant perpendiculairement et de part et d'autre des parois 27, en forme de croisillon. La galerie collectrice 21 qui s'étend longitudinalement à travers toute la culasse 1 débouche par l'une de ses. extrémités axiales sur l'une des faces transversales 24 de la culasse 1 par un orifice 23 de sortie du liquide de refroidissement. Le liquide de refroidissement rejoint alors le circuit externe de refroidissement non figuré. De la même façon, le passage central 12 qui s'étend longitudinalement à travers toute la culasse 1 débouche lui aussi sur la face transversale 24 de la culasse par un orifice 25 qui est 'lui aussi connecté au circuit externe de refroidissement non figuré. Conformément à l'invention, l'ensemble du circuit d'eau ménagé dans la culasse 1 est obtenu par un seul noyau sable à l'exception des cavités 16 obtenues par l'intermédiaire de la plaque métallique définissant la face inférieure de culasse 1. Pour améliorer la tenue du noyau, les cavités 18 et la galerie 21 sont réalisées ensembles, la séparation des cavités 18 entre elles et la séparation des cavités 18 de la galerie 21 étant alors réalisée simplement par des bouchons rapportés 26. Conformément à ce qui vient d'être décrit, la circulation du liquide de refroidissement est la suivante. Le liquide refroidissement arrive du carter-cylindres par des orifices ménagés autour de chacune des chambres de combustion 2. Le liquide de refroidissement, alimentant ainsi chacune des chambres de combustion 2, débouche directement dans le passage central 12 par les montées 14 et 15, ou transite d'abord par les cavités 16 et 18 ménagées sous les conduits respectivement d'admission et d'échappement avant de rejoindre le passage central 12 où s'opère le refroidissement du toit de la chambre de combustion. Une partie du liquide arrivant dans le passage central 12 au droit d'une chambre de combustion est canalisé par les parois 27 et s'échappe alors vers la galerie collectrice 21 à travers les passages 22 tandis que le reste du liquide s'écoule dans le passage central 12 vers la chambre de combustion adjacente située en aval dans le sens de l'écoulement du liquide de refroidissement et ce, jusqu'à atteindre les orifices de sortie 23 ou 25. La proportion respective du liquide qui suit l'un ou l'autre chemin est adapté en fonction des caractéristiques du moteur ; de même, il est possible de faire varier cette proportion d'une chambre à l'autre en fonction notamment du débit et de la température du liquide de refroidissement en provenance du carter-cylindres et ce, afin d'optimiser le refroidissement de la culasse et notamment des chambres de combustion et des conduits d'échappement. 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 est indépendante du nombre de conduits d'admission ou de conduits d'échappement desservant chacune des chambres de combustion 2. REVENDICATION8 [1] Culasse (1) pour. moteur à combustion interne refroidie par liquide, comportant une pluralité de chambres de combustion (2) ménagées sur sa face inférieure (3), chaque chambre de combustion (2) coopérant avec au moins deux conduits d'admission (4,5) et au moins deux conduits d'échappement (6,7), et un circuit adapté venu de fonderie pour la circulation du liquide de refroidissement en provenance du carter-cylindres, caractérisée en ce que ledit circuit comporte un passage central (12) s'étendant longitudinalement à travers la culasse (1) au-dessus des chambres de combustion (2), une galerie collectrice (21) s'étendant longitudinalement à travers la culasse (1) au-dessus des conduits d'échappement (6,7) et des cavités distinctes (16,18) coopérant respectivement avec les conduits d'admission et d'échappement de chacune des chambres de combustion. [2] Culasse (1) pour moteur à combustion interne refroidie par liquide selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit passage central (12) et ladite galerie collectrice débouchent sur l'une des faces transversales de la culasse (1) par des orifices distincts de sortie du liquide de refroidissement (23,25). [3] Culasse pour moteur à combustion interne refroidie par liquide selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisée en ce que ledit passage centrale (12) est alimenté en liquide de refroidissement depuis les cavités distinctes (16,18) coopérant respectivement avec les conduits d'admission (4,5) et d'échappement (6,7) et par des passages spécifiques (14,15.). [4] Culasse pour moteur à combustion interne refroidie par liquide selon la revendication 3, caractérisée en ce que lesdites cavités distinctes (16,18) coopérant respectivement avec les conduits d'admission (4,5) et d'échappement (6,7) communiquent avec le passage central par l'intermédiaire de passages appropriés (17,20) s'étendant respectivement entre lesdits conduits d'admission (4,5) et lesdits conduits d'échappement (6,7). [5] Culasse pour moteur à combustion interne refroidie par liquide selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit passage central (12) coopère avec des moyens limiteurs de débit sous forme de parois transversales (27) forçant une partie adaptée du flux de liquide de refroidissement vers la galerie collectrice (21). [6] Culasse pour moteur à combustion interne refroidie par liquide selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdits moyens limiteurs de débit servent également grâce à des parois longitudinales adaptées (28) à canaliser le flux de liquide de refroidissement au plus près de chacune des chambres de combustion (2). [7] Culasse pour moteur à combustion interne refroidie par liquide selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les cavités (18) coopérant avec les conduits d'échappement et la galerie collectrice (21) sont réalisées par un unique noyau réalisant la communication entre ces éléments du circuit de refroidissement, leur séparation étant ensuite réalisée par des bouchons appropriés (26).