Brevet FR2786815A1 — publié le 20000609

CULASSE DE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE REFROIDIE PAR LIQUIDE La présente invention concerne une culasse pour moteur à combustion interne destiné notamment à équiper un véhicule telles qu'une automobile ou une motocyclette. L'invention concerne plus particulièrement un circuit de refroidissement s'étendant à travers une culasse du moteur. Le refroidissement par circulation d'un liquide telle que de l'eau est le mode de refroidissement le plus couramment utilisé pour refroidir les moteurs à combustion interne en particulier par ce qu'il permet d'évacuer un flux important de calories même dans des zones très confinées comme les culasses et également parce que le liquide permet par sa masse d'assurer une certaine isolation acoustique du moteur. Un circuit de refroidissement par liquide de moteur a donc pour principales fonctions de refroidir les parties chaudes du moteur par une circulation forcée à travers ce dernier et de céder les calories ainsi prélevées à l'air ambiant à travers un échangeur de chaleur liquide/air encore appelé radiateur. La circulation du liquide à l'intérieur du moteur s'opère du bas vers le haut, d'abord à travers une cavité appelée chambre d'eau qui est ménagée dans le carter-cylindres autour des alésages cylindriques puis à travers la culasse dans un circuit approprié s'étendant autour des chambres de combustion. 2 2786815 Aujourd'hui, la généralisation des culasses comportant quatre soupapes ou plus par cylindre pour améliorer les performances des moteurs posent de délicats problèmes de refroidissement du fait d'une moindre place disponible pour agencer la circulation du liquide de refroidissement autour des chambres de combustion. Par ailleurs, aucune réalisation connue n'assure un refroidissement satisfaisant des soupapes d'échappement proprement dites ainsi que de leurs guides et leurs sièges or ces soupapes d'échappement peuvent être soumises à des contraintes thermiques élevées qui abrègent leurs durées de vie. 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 comporte des conduits d'admission et d'échappement débouchant à travers les parois des chambres de combustion ménagées sur sa face inférieure par des orifices coopérant avec des soupapes à tige et un circuit pour le liquide de refroidissement destiné notamment à refroidir lesdites parois des chambres de combustion. Selon l'invention, la culasse pour moteur à combustion interne refroidie par liquide est caractérisée en ce que, le circuit de refroidissement comporte des passages de montée ImIII 3 2786815 d'eau qui s'étendent parallèlement aux logements prévus pour les tiges des soupapes d'échappement. Selon une autre caractéristique de la culasse pour moteur à combustion interne refroidie par liquide objet de l'invention, le circuit du liquide de refroidissement comprend des orifices d'entrée d'eau sur la face inférieure de la culasse, une chambre d'eau s'étendant à la périphérie des parois de la chambre de combustion, des passages de montée d'eau s'étendant sensiblement parallèlement et à proximité des logements des tiges de soupapes d'échappement et une galerie collectrice s'étendant transversalement en partie haute de la culasse pour déboucher sur la face latérale admission de la culasse par un orifice de sortie d'eau. Selon une autre caractéristique de la culasse pour moteur à combustion interne refroidie par liquide objet de l'invention, la chambre d'eau disposée à la périphérie des parois d'une chambre de combustion correspondante s'étend sensiblement parallèlement à la face inférieure de la culasse. Selon une autre caractéristique de la culasse pour moteur à combustion interne refroidie par liquide objet de l'invention, la chambre d'eau disposée à la périphérie des parois d'une chambre de combustion correspondante est de forme sensiblement torique. Selon une autre caractéristique de la culasse pour moteur à combustion interne refroidie par liquide objet de l'invention, les passages de montée d'eau quittent la chambre d'eau en entourant 4 2786815 partiellement les orifices d'échappement ménagés à travers les parois de la chambre de combustion correspondante. Selon une autre caractéristique de la culasse pour moteur à combustion interne refroidie par liquide objet de l'invention, chaque chambre de combustion coopérant avec une bougie d'allumage venant se loger dans un puits traversant verticalement la culasse, tout ou partie des passages de montée d'eau correspondant s'étendent à proximité dudit puits de bougie notamment dans la partie inférieure de ce dernier de façon à refroidir le voisinage des électrodes de la bougie. Selon une autre caractéristique de la culasse pour moteur à combustion interne refroidie par liquide objet de l'invention, chaque chambre de combustion coopérant avec deux soupapes d'échappement, les passages de montée d'eau correspondant sont alors au nombre de trois, à savoir un passage central s'étendant entre les deux logements prévus pour le passage des tiges d'échappement et deux passages latéraux s'étendant de façon sensiblement incurvée de part et d'autre desdits logements. Selon une autre caractéristique de la culasse pour moteur à combustion interne refroidie par liquide objet de l'invention, les passages de montée d'eau associés à deux chambres de combustion adjacentes débouchent dans une même galerie collectrice s'étendant transversalement entre les deux chambres de combustion. MB.. 2786815 Selon une autre caractéristique de la culasse pour moteur à combustion interne refroidie par liquide objet de l'invention, chaque chambre d'eau coopère avec un passage de dégazage s'étendant à l'opposé des passages de montée d'eau, ledit passage de dégazage débouchant sur la face latérale admission adjacente de la culasse. Selon une autre caractéristique de la l0 culasse pour moteur à combustion interne refroidie par liquide objet de l'invention, les deux chambres d'eau s'étendant à la périphérie de deux chambres de combustion adjacentes sont reliées entre elles par au moins un passage de dégazage débouchant en partie basse de la face latérale admission de la culasse par un orifice de sortie spécifique. Selon une autre caractéristique de la culasse pour moteur à combustion interne refroidie par liquide objet de l'invention, des orifices d'entrée d'eau de section adaptée débouchent dans chaque chambre d'eau sensiblement à la verticale des passages de montée d'eau. 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 perspective d'un noyau de fonderie pour culasse de moteur à combustion interne définissant un circuit de refroidissement selon l'invention; I Il i 6 2786815 la figure 2 est une vue similaire à la figure 1 o ont été schématisés autour du noyau d'eau les conduits d'admission et d'échappement ainsi que les soupapes correspondantes; la figure 3 est une vue de dessous partielle d'une culasse ayant été obtenue en utilisant le noyau de la figure 1. Conformément aux figures, seuls les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés. De plus, pour faciliter la lecture des dessins, les mêmes pièces portent les mêmes références d'une figure à l'autre. La culasse, référencée 1 sur la figure 3, qui a été choisie pour illustrer le circuit d'eau selon l'invention concerne plus particulièrement un moteur à combustion interne, à quatre temps et allumage commandé. Le mode de fonctionnement du moteur: quatre ou deux temps, allumage commandé ou allumage par compression, n'est absolument pas limitatif de l'invention. De même, le moteur peut être aussi bien de type monocylindre que du type multicylindre en ligne, en V, ou encore à plat. Selon donc le mode particulier de réalisation de l'invention, le moteur plus particulièrement étudié pour équiper une motocyclette est un quatre cylindres en V comportant deux culasses sensiblement identiques. Seule donc l'une des deux culasses a été représentée. MMI,1 7 2786815 La culasse 1 figurée est du type à refroidissement par liquide et à flux croisé (ou "cross-flow") c'est-à-dire que les conduits d'admission et d'échappement s'étendent respectivement de part et d'autre du plan médian longitudinal de la culasse. Cette culasse 1 réalisée en alliage d'aluminium est obtenue classiquement par moulage. Le procédé de fonderie retenu dans l'exemple illustré, est une coulée par gravité ou basse pression combinant des noyaux sables et des empreintes extérieures métalliques. Les noyaux sables définissent les différents passages traversant la culasse 1 tels que les conduits d'admission et d'échappement ou encore le circuit de refroidissement. La culasse 1 comprend, sur sa face inférieure 2 destinée à venir en appui avec interposition d'un joint contre le carter-cylindres non figuré, des parois 3 de formes adaptées délimitant deux chambres de combustion. Ces deux chambres de combustion débouchant en regard des alésages cylindriques correspondants du carter- cylindres, sont identiques et s'étendent sensiblement le long de l'axe longitudinal de la culasse 1. Les parois 3 délimitant les chambres de combustion sont percées de deux orifices d'admission 4 et deux orifices d'échappement 5 munis de sièges rapportés. Les orifices 4 et 5 qui s'étendent de part et d'autre du plan médian IMRII1 longitudinal de la culasse, se prolongent par des conduits 6 et 7 (représentés en traits pointillés sur la figure 2) respectivement d'admission du mélange carburé et d'échappement des gaz brûlés. Ces conduits 6 et 7 d'admission et d'échappement s'étendent à travers la culasse 1 pour déboucher respectivement sur la face supérieure de la culasse et sur une face latérale de cette dernière encore appelée face " échappement ". Les orifices 4 et 5 coopèrent avec des soupapes à tige montées coulissantes dans des guides rapportés insérés dans des logements correspondant de la culasse. Ces soupapes sont manoeuvrées par des mécanismes de commande appropriés non figurés. Seuls les logements 8 et 9 des guides de soupapes, respectivement d'admission et d'échappement, ont été représentés en traits pointillés à la figure 2. La culasse 1 présente par ailleurs des passages ou puits 13 s'étendant sensiblement dans l'axe des cylindres et débouchant sensiblement au centre de chacune des parois 3 délimitant les chambres de combustion pour permettre le passage 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. En se reportant aux figures 1 et 2, on peut plus précisément comprendre la forme du circuit de 9 2786815 refroidissement à partir de celle du noyau de sable correspondant. Le circuit de refroidissement est décrit dans le cas d'une culasse à deux chambres de combustion mais bien évidemment il peut être prolongé ou réduit pour être utilisé sur n'importe quelle culasse quel que soit le nombre des chambres de combustion. Le circuit de refroidissement se présente sous la forme de deux circuits élémentaires 10 sensiblement identiques et adaptés chacun au refroidissement d'une chambre de combustion donnée. Chaque circuit élémentaire 10 se compose d'une cavité annulaire 11 encore appelée chambre d'eau s'étendant à la périphérie des parois 3 de la chambre de combustion correspondante, de passages dits passages de montée d'eau 14, 15 et 16 s'étendant sensiblement parallèlement et à proximité des logements des tiges de soupapes d'échappement et d'une galerie collectrice 19 s'étendant transversalement en partie haute de la culasse pour déboucher sur la face latérale dite " admission " de la culasse par un orifice de sortie d'eau 20. Chaque chambre d'eau 11 est alimentée en liquide de refroidissement par des orifices calibres 12 débouchant sur la face inférieure de la culasse 1, comme cela est représenté à la figure 3. Ces orifices, ménagés en regard d'orifices correspondants de la tablature supérieure du carter-cylindres, sont adaptés pour alimenter la chambre d'eau 11 selon un flux adapté de liquide de refroidissement. Chaque chambre d'eau 11 de forme plus ou moins torique est disposée à la périphérie des parois 3 de la chambre de combustion correspondante de façon à s'étendre sensiblement parallèlement à la face inférieure de la culasse. Les passages de montée d'eau 14, 15, 16 associés à une chambre d'eau 11 partent de cette dernière en entourant les sièges des soupapes d'échappement positionnés au droit des orifices d'échappement 9. Ces passages de montée d'eau sont au nombre de trois, à savoir un passage central 15 s'étendant parallèlement et entre les deux logements 9 des tiges de soupapes d'échappement et deux passages latéraux 14 et 16 s'étendant de façon sensiblement incurvée autour des logements 9 des tiges de soupapes d'échappement. Les passages de montée d'eau latéraux 14 et 16 s'étendent par ailleurs à proximité du puits 13 de bougie notamment dans la partie inférieure de ce dernier de façon à refroidir le voisinage des électrodes de la bougie. Les deux circuits élémentaires 10 associés à deux chambres de combustion adjacentes débouchent conjointement dans une même galerie collectrice 19 s'étendant transversalement entre les deux chambres de combustion. uu.i, ll Par ailleurs, les deux circuits 10 mettre en communication les chambres d'eau 11 par deux passages un passage 18 s'étendant sensiblement dans l'axe longitudinal de la culasse 1 et un passage 17 servant plus particulièrement au dégazage des circuits qui s'étend à l'opposé des passages 14, , 16 de montée d'eau pour déboucher sur la face latérale admission adjacente de la culasse par un orifice 21 distinct de l'orifice 20. Pour favoriser la circulation du liquide de refroidissement dans les passages de montée d'eau 14, 15, 16 et donc obtenir un refroidissement performant des guides et des soupapes d'échappement, un orifice 12 d'entrée d'eau de section adaptée est disposé sensiblement à la verticale de chacun des passages de montée d'eau. 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. 12 2786815 REVENDICATIONS [1] Culasse (1) pour moteur à combustion interne refroidie par liquide, comportant des conduits d'admission (6) et d'échappement (7) débouchant à travers les parois (3) des chambres de combustion ménagées sur sa face inférieure par des orifices (4,5) coopérant avec des soupapes à tige et un circuit (10) pour le liquide de refroidissement destiné notamment à refroidir lesdites parois (3) des chambres de combustion, caractérisée en ce que le circuit (10) de refroidissement comporte des passages (14,15,16) de montée d'eau qui s'étendent sensiblement parallèlement aux logements (9) prévus pour les tiges des soupapes d'échappement. [2] Culasse (1) pour moteur à combustion interne refroidie par liquide selon la revendication 1, caractérisée en ce que, pour chaque chambre de combustion, le circuit (10) du liquide de refroidissement comprend des orifices (12) d'entrée d'eau débouchant sur la face inférieure (2) de la culasse, une chambre d'eau (11) s'étendant à la périphérie des parois (3) de la chambre de combustion, des passages (14,15,16) de montée d'eau s'étendant sensiblement parallèlement et à proximité des logements (9) des tiges de soupapes d'échappement et une galerie collectrice (19) s'étendant transversalement en partie haute de la culasse (1) pour déboucher sur la face latérale admission de la culasse (1) par un orifice (20) de sortie d'eau. [3] Culasse (1) pour moteur à combustion interne refroidie par liquide selon la revendication 2, caractérisée en ce que la chambre 13 2786815 d'eau (11) disposée à la périphérie des parois (3) d'une chambre de combustion correspondante s'étend sensiblement parallèlement à la face inférieure (2) de la culasse (1) [4] Culasse (1) pour moteur à combustion interne refroidie par liquide selon la revendication 3, caractérisée en ce que la chambre d'eau (11) disposée à la périphérie des parois (3) d'une O10 chambre de combustion correspondante est de forme sensiblement torique. [5] Culasse (1) pour moteur à combustion interne refroidie par liquide selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que les passages (14,15,16) de montée d'eau quittent la chambre d'eau (11) en entourant partiellement les orifices d'échappement (5) ménagés à travers les parois (3) de la chambre de combustion correspondante. [6] Culasse (1) pour moteur à combustion interne refroidie par liquide selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que chaque chambre de combustion coopérant avec une bougie d'allumage venant se loger dans un puits (13) traversant verticalement la culasse (1) tout ou partie des passages (14,16) de montée d'eau correspondant s'étendent à proximité dudit puits de bougie (13) notamment dans la partie inférieure de ce dernier de façon à refroidir le voisinage des électrodes de la bougie. [7] Culasse (1) pour moteur à combustion interne refroidie par liquide selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisée 14 2786815 en ce que, chaque chambre de combustion coopérant avec deux soupapes d'échappement, les passages de montée d'eau correspondant sont alors au nombre de trois, à savoir un passage central (15) s'étendant entre les deux logements (9) prévus pour le passage des tiges d'échappement et deux passages latéraux (14,16) s'étendant de façon sensiblement incurvée de part et d'autre desdits logements (9). [8] Culasse (1) pour moteur à combustion interne refroidie par liquide selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisée en ce que les passages (14,15,16) de montée d'eau associés à deux chambres de combustion adjacentes débouchent dans une même galerie collectrice (19) s'étendant transversalement entre les deux chambres de combustion. [9] Culasse (1) pour moteur à combustion interne refroidie par liquide selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisée en ce que chaque chambre d'eau (11) coopère avec un passage de dégazage (17) s'étendant à l'opposé des passages (14,15,16) de montée d'eau, ledit passage de dégazage (17) débouchant sur la face latérale admission adjacente de la culasse (1). [10] Culasse (1) pour moteur à combustion interne refroidie par liquide selon les revendications 8 et 9, caractérisée en ce que les deux chambres d'eau (11) s'étendant à la périphérie de deux chambres de combustion adjacentes sont reliées entre elles par au moins un passage de dégazage (17) débouchant en partie basse de la face latérale admission de la culasse (1) par un orifice de sortie spécifique (21). IMli[, [11] Culasse (1) pour moteur à combustion interne refroidie par liquide selon l'une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisée en ce que des orifices (12) d'entrée d'eau de section adaptée débouchent dans chaque chambre d'eau (11) sensiblement à la verticale des passages (14,15,16) de montée d'eau.