Brevet FR2827009A1 — publié le 20030110

seur et en ce que les moyens de stockage (5) comprennent une batterie. GICLEUR DE REFROIDISSEMENT A PISTON La présente invention concerne les gicleurs de refroidissement des pistons d'un moteur à combustion interne, permettant de projeter un fluide de retroidissement tel que de l'huile contre le fond de piston, c'est-à-dire contre la face de piston extérieure à la chambre d' explosion, ou dans une galerie de piston. Les gicleurs de refroidissement de piston habituellement utilisés sont des pièces rapportées, fixées sur le carter moteur et communiquant avec un orifice d'amenée de fluide de refroidissement. La position du gicleur est déterminée avec précision pour réaliser un jet de fluide de refroidissement dirigé vers une zone précise du fond de piston ou de la galerie de piston. On connaît des gicleurs de retroidissement à clapet, permettant d'inhiber la circulation de fluide de refroidissement tant que la pression du circuit de retroidissement n'a pas dépassé une valeur de seuil déterminée. Dans ces structures de gicleur à clapet, le clapet est réalisé par une bille, repoussée par un ressort de compression vers un siège pour obturer un passage de fluide de refroidissement. Les inventeurs ont pu constater que les gicleurs de refroidissement à clapet utilisés jusqu'à présent fonctionnent correctement et donnent satisfaction pendant une durce limitée, durce après laquelle apparaissent des phénomènes d'usure qui perturbent l'étanchéité du clapet et son fonctionnement correct. La durée de fonctionnement correct est d'autant plus courte que la pression nominale du fluide de refroidissement régnant dans les canalisations de refroidissement est élevée. L'usure modifie principalement les caractéristiques d'ouverture du clapet, c'est-à dire la pression de fluide nécessaire pour le déclencher: à neuf, le clapet ouvre à une pression nominale correcte; après usure, le clapet ouvre à une pression inférieure, pouvant atteindre la moitié de la pression nominale correcte, donc au dessous du régime ralenti du moteur. Il en résulte une perturLation de la pression générale du fluide dans le moteur. L' invention résulte de l' observation selon laquelle les phénomènes d'usure sont inévitables à cause de la structure même du clapet à bille: sous haute pression, il se produit des phénomènes d'oscillation et de vibration de la bille, phénomènes qui engendrent les défauts d'usure. Le problème proposé par la présente invention est de concevoir une nouvelle structure de gicleur à clapet, susceptible de fonctionner de façon correcte pendant une durée nettement plus longue, en particulier sans usure sensible. De facon surprenante, selon l' invention, on peut avantageusement remplacer le clapet à bille par un clapet à piston. Dans des conditions d'utilisation similaires, à haute pression, un clapet à piston ne présente pas les inconvénients d' oscillation et de vibration des clapets à bille, de sorte qu'une utilisation satisfaisante peut être obtenue pendant une durée nettement plus longue. Un autre problème subsidiaire que l' invention se propose de résoudre est de réduire l'encombrement du gicleur dans le cylindre moteur. En effet, les clapets à piston généralement utilisés dans les autres technologies conduisent à un encombrement relativement important, et notamment une longueur relativement importante en aval des orifices de sortie du clapet. Une longueur trop importante en aval des orifices de sortie du clapet fait courir un risque de collision avec les éléments rotatifs du moteur tels que le vileUrequin ou le contre-poids de vileDrequin. Ainsi, l' invention vise à réduire la longueur totale du gicleur, et notamment la longueur de gicleur dépassant dans le cylindre moteur en aval de la structure de sortie à passage radial de fluide et à tube de sortie. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, l' invention prévoit un gicleur de refroidissement du piston d'un moteur à combustion interne, comportant un corps de gicleur à partie pénétrante conformée pour s'engager dans un alésage du moteur et pour recevoir un fluide de refroidissement arrivant par ledit alésage, comportant un clapet interne pour moduler le déLit de fluide en fonction de sa pression, et comportant une structure de sortie à passage radial de fluide dans le corps de gicleur et à tube de sortie, adaptée pour transmettre le fluide de refroidissement sortant du clapet interne et pour le diriger en jet contre le fond du piston de moteur à refroidir; selon l' invention le clapet interne comprend un piston, ayant un tronçon aval à surface latérale cylindrique de guidage engagée à coulissement longitudinal dans un alésage de guidage solidaire du corps de gicleur, ayant une tête d'obLuration orientée vers l'amont dans le sens d'écoulement du fluide de refroidissement pour venir porter sélectivement contre un siège annulaire d'obturation solidaire du corps de gicleur et traversé par le fluide de refroidissement, et le clapet interne comprend un ressort hélicoidal de compression, engagé axialement entre une portée aval solidaire du corps de gicleur et une surface aval du piston pour solliciter le piston vers l'amont contre le siège annulaire d'obturation. Une telle structure présente une grande endurance, une grande stabilité, qui réduit les oscillations et rébuit très sensiblement les phénomènes d'usure. Selon un mode de réalisation avantageux, le piston coulisse dans un alésage de guidage à l'intérieur d'un tronçon amont du corps de gicleur, en amont du passage radial de fluide, et on prévoit des passages de conduction de fluide pour conduire axialement le fluide depuis l'aval du siège annulaire d'obturation jusqu'au passage radial de fluide. Dans ce cas, on peut avantageusement prévoir que le tronçon aval de piston comporte un logement coaxial aval dans lequel s' engage et est guidée la partie d'extrémité amont du ressort hélicoidal de compression. Dans une première réalisation, le corps de gicleur comprend un alésage axial traversant, dans lequel est engagée sans jeu et maintenue en position une chemise tubulaire à alésage axial dont un tronçon aval forme l'alésage de guidage recevant le tronçon aval de piston, la chemise tuLulaire ayant un épaulement intermédiaire interne formant le siège annulaire d'obLuration, au moins un trou radial étant prévu dans la paroi de chemise tuLulaire immédiatement en aval du siège annulaire d'obLuration pour conduire radialement le fluide vers un ou plusieurs passages périphériques prévus entre la surface externe de la chemise tuLulaire et la surface de l'alésage axial traversant du corps de gicleur, lesdits passages périphériques étant adaptés pour conduire axialement le fluide de refroidissement depuis le ou les trous radiaux jusqu' au passage radial de fluide dans le corps de gicleur. De la sorte, le piston se trouve en amont du passage radial de sortie de fluide. Par exemple, le ou les passages périphériques sont réalisés par un tronçon d'alésage axial traversant de plus grand diamètre, tandis que la chemise tubulaire a un diamètre externe sensiblement constant laissant un espace intermédiaire annulaire par lequel s'écoule le fluide de retroidissement. De préférence, la chemise tuLulaire est réalisée en acier fritté, tandis que le piston est en acier. On favorise ainsi considérablement le glissement entre le piston et la chemise, réduisant ainsi les phénomènes d'usure et les risques de grippage. Selon une autre réalisation, le piston comporte, entre son troncon aval à surface latérale cylindrique de guidage et la tête d'obturation, un évidement annulaire externe détinissant, avec la paroi de l'alésage de guidage, un logement annulaire communiquant par des trous radiaux de piston avec un alésage axial de piston ouvert vers l'aval dans l'alésage axial traversant de corps qui conduit le fluide de refroidissement jusqu'au passage radial de fluide dans le corps de gicleur. De la sorte, le piston est nettement en amont du passage radial de sortie de fluide. Le siège annulaire d'obturation peut être une bague annulaire rapportée dans l'alésage axial traversant du corps de gicleur. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles: - la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'une structure de gicleur selon un premier mode de réalisation de la présente invention; - la figure 2 est une vue en perspective en section partielle du gicleur de la figure 1, assemblé; - la figure 3 est une vue de face en coupe longitudinale du gicleur des figures 1 et 2, illustrant le fonctionnement; - la figure 4 est une vue en perapective éclatée d'un gicleur selon un second mode de réalisation de la présente invention; - la figure 5 est une vue en perspective en section partielle du gicleur de la tigue 4, asseblA; - la figure 6 est une vue de face en coupe longitudinale du gicleu des figures 4 et 5, illustrant le fonctionnement; et 3 - la figure 7 illustre un gicleur selon l' invention incorpoc dans un moteur combustion interne Dans les deux modes de ralisation illustrAs sur les figures, un gicleur de retroidissement de piston pour moteur combustion inLerne coporte un corps de gicleur 1, un clapet interne 2, et une structure de sortie 3 adapte pour transmettre le fluide de retroidissement sortant du clapet eL pour le diriger en jet au moins conte le fond d'un piston refroidir Le corps de gicleur 1 comprend une partie pAnLranLe 4, conforme pour s'engager dans un alAsage du moLeur eL pour recevoir un fluide de refroidissement acrivant par ledit alsage du oteur Le corps de gicleur 1 comporte une partie dApassante 5, destine dApasser dans le cylindre oteur et porter la structure de sortie Dans les deux mode; de ralisation, le clapet inLerne 2 comprend un piston 6, ayant un trongon aval 7 surface latArale 8 cYlindrique de guidage engage coulissement longitudinal dans uo alAsage de guidoge 9 solidaire du corps de gicleur 1 Le piston comprend une tte d'obturation 10, oriente vers l'amont dans le sens d'Acoulement du fluide de refroidissement pour venir porter slectivement contre un sige annulaire d'obturation 11 olidaire du corps de gicleur 1 et comportant un alAsage de sige 12 pour Atre travers par le fluide de refroidissement Le clapet interne 2 comprend en outre un ressort hlicoidal de compression 13, engag axialement entre une porte aval 14 solidaire du corps de gicleur 1 eL une surface aval 15 du piston 6, pour solliciter le piston vers l'amonL contre le sige annulaire d'obLuration 11 On comprend que, dans ses dAplacements le long de 1'axe longitudinal I-I du gicleur, le piston 6 est parfaitement guid@, ce qui Avite Lout risque d'oscillaLion eL d'instabilit, de sorte que le gicleur prAsente une plus grande endurance et une plus faible usure La structure de sortie 3 comprend au moins un passage radial de fluide 17 dans le corps de gicleur 1, et au moins un tube de sortie 18 ayant une première extrémité emmanchée dans le passage radial de fluide 17 correspondant. Le piston 6 coulisse dans l'alésage de guidage 9 à l'intérieur d'un tronçon amont 16 de corps de gicleur 1, en amont du passage radial de fluide 17. Ainsi, le piston coulissant de façon étanche dans l'alésage de guidage 9 s'oppose a priori au passage de fluide entre le siège annulaire d'obturation 11 et le passage radial de fluide 17. Pour assurer le passage du fluide, l' invention prévoit, dans l'un et l'autre dés modes de réalisation illustrés, des passages de conduction de fluide conduisant le fluide axialement depuis l'aval du siège annulaire d'obturation 11 jusqu'au passage radial de fluide 17. Les passages de conduction de fluide seront décrits ci- après, et présentent des structures différentes dans l'un et l'autre des modes de réalisation illustrés. Pour utiliser un ressort hélicoïdal de compression 13 de grande longueur sans augmenter la longueur de la partie dépassante 5 du gicleur dans le cylindre moteur, le tronçon aval 7 du piston 6 comporte un logement coaxial aval 19 dans lequel s' engage et est guidée la partie d'extrémité amont 20 du ressort hélicoidal de compression 13. Dans les deux modes de réalisation, le corps de gicleur 1 comprend un alésage axial traversant 21, selon l'axe I-I du corps de gicleur 1, dans lequel coulisse axialement le piston 6. Dans le mode de réalisation des figures 1 à 3, une chemise tubulaire 22 est engagée sans jeu et maintenue en position dans l'alésage axial traversant 21, dans la partie dépassante 5 du gicleur, en étant engagée entre un bouchon aval 39 et une bague amont 40. La chemise tuLulaire 22 comprend un alésage axial 23 dont un tronçon aval forme l'alésage de guidage 9 recevant le tronçon aval du piston 6. La chemise tuLulaire 22 comprend un épaulement intermédiaire interne formant le siège annulaire d'obturation 11. On prévoit au moins un trou radial 24 dans la paroi de la chemise tuLulaire 22, immédiatement en aval du siège annulaire d'obturation 11, pour conduire radialement le fluide à un ou plus ieurs pas sages périphériques 25 prévus entre la surface externe de la chemise tuLulaire 22 et la surface de l'alésage axial traversant 21 du corps de gicleur 1. Les passages périphériques 25 sont adaptés pour conduire axialement le fluide de refroidissement depuis le ou les trous radiaux 24 jusqu'au passage radial de fluide 17 dans le corps de gicleur 1. De la sorte, on peut disposer le piston 6 en amont du passage radial de fluide 17 dans le corps de gicleur 1, et la partie dépassante 5 peut ainsi avoir un volume réduit. Dans la réalisation illustrée sur les figures 1 à 3, les passages périphériques 25 sont réalisés par un tronçon d'alésage axial traversant 21 de plus grand diamètre, tandis que la chemise tuLulaire 22 a un diamètre externe sensiblement constant, laissant un espace intermédiaire annulaire par lequel s'écoule le fluide de refroidissement. Dans ce même mode de réalisation illustré, la chemise tuLulaire 22 peut avantageusement être réalisoe en acier fritté, tandis que le piston 6 est en acier. Il en résulte un très faible coefficient de frottement, et une bonne lubrification entre le piston 6 et la chemise tubulaire 22, facilitant les mouvements du piston sans usure et diminnant les risques de grippage. Ce premier mode de réalisation favorise encore la stabilité du clapet, par le fait que le clapet est soumis en amont à la pression de fluide de refroidissement, alors qu'il n'est soumis en aval qu'à la pression de l'air et à la force de rappel du ressort. Le clapet est donc soit ouvert quand la pression de fluide est supérieure à la force du ressort, soit fermé dans le cas contraire, mais ne vibre jamais entre les deux positions. Dans le mode de réalisation des figures 4 à 6, on retrouve un corps de gicleur 1 ayant les mêmes moyens essentiels que ceux du mode de réalisation précédent, ces moyens étant repérés par les mêmes rétérences numériques, de sorte qu'il est superflu de les décrire à nouveau. On se référera pour cela aux dessins. Dans ce second mode de réalisation, le piston 6 comporte, entre son troncon aval 7 à surface latérale 8 cylindrique de guidage et la tête d'obturation 10, un évidement annulaire externe 26 définissant, avec la paroi de l'alésage de guidage 9, un logement annulaire communiquant par des trous radiaux de piston 27 avec un alésage axial de piston 28 ouvert vers l'aval dans l'alésage axial traversant 21 de corps qui conduit le fluide de refroidissement jusqu'au passage radial de fluide 17 dans le corps de gicleur 1. Cette seconde structure permet également de placer le piston 6 en amont du passage radial de fluide 17 dans le corps de gicleur 1, en assurant la conduction axiale du fluide depuis le siège annulaire d'obLuration 11 jusqu' au passage radial de fluide 17. Dans le premier mode de réalisation des figures 1 à 3, on prévoit un évent 29 en aval du logement contenant le ressort hélicoïdal de compression 13, l'évent 29 permettant le passage d'air dans et hors du logement du ressort lors des mouvements du piston 6. L'évent 29 est réalisé dans le bouchon aval 39. Par contre, dans le second mode de réalisation des figures 4 à 6, il n'est pas nocessaire de prévoir un évent en aval du ressort hélicoïdal de compression 13, l'échappement de fluide se faisant par les passages de conduction de fluide de refroidissement. Dans ce méme second mode de réalisation, le siège annulaire d'obturation 11 est une bague annulaire 30, rapportée dans l'alésage axial traversant 21 du corps de gicleur. Le fonctionnement du gicleur est expliqué sur les figures 3 et 6. Le fluide de refroidissement arrive par l'extrémité amont 31, dans un alésage du bloc moteur. Lorsque la pression du fluide de refroidissement est supérieure à un seuil prédéterminé, le fluide repousse le piston 6 à l'encontre de l' effort de rappel exercé par le ressort hélicoïdal de compression 13, de sorte que le fluide de refroidissement peut passer entre la tête d'obLuration 10 et le siège annulaire d'obturation 11. Dans le mode de réalisation de la figure 3, le fluide de refroidissement passe radialement à travers les trous radiaux 24, puis axialement le long des passages périphériques 25, pour atteindre le passage radial de fluide 17 et sortir par les tubes de sortie 18. Dans le mode de réalisation de la figure 6, le fluide de refroidissement passe entre le siège annulaire d'obLuration 11 et la tête d'obturation 10, se répartit dans l'évidement annulaire externe 26, passe radialement vers le centre par les trous radiaux de piston 27, puis se déplace axialement dans l'alésage axial de piston 28 puis dans l'alésage axial traversant 21 du corps qui conduit le fluide de refroidissement jusqu'au passage radial de fluide 17 et au tube de sortie 18. La figure 7 illustre l 'implantation d'un gicleur selon l' invention dans un moteur à combustion interne. La figure illustre une partie de moteur, comprenant un demi-cylindre moteur. Le gicleur 32 est rapporté sur la paroi du carter de cylindre 33, à l'intérieur du moteur, pour prélever du fluide de refroidissement circulant dans une canalisation de refroidissement 34 et pour projeter le fluide de refroidissement dans le cylindre moteur contre le fond 35 du piston 36 de moteur, c'est-à-dire contre la face du piston de moteur qui est extérieure à la chambre d'explosion 37. La partie pénétrante 4 du gicleur 32 est engagée dans un alésage correspondant du carter de cylindre 33, communiquant avec la canalisation de retroidissement 34. Le gicleur est ainsi fixé par tout moyen connu, par exemple emmanché en force ou vissé dans l'alésage correspondant du carter de cylindre 33. La partie dépassante 5 du gicleur 32 dépasse dans l'intérieur du cylindre moteur. On distingue le tube de sortie 18, qui est cintré de façon que son orifice de sortie 38 soit dirigé vers le haut contre le fond 35 du piston 36. Un moteur à combustion interne peut ainsi comprendre avantageusement des gicleurs de retroidissement à piston selon l' invention, tels que décrits précédemment, fixés dans la ou les chambres de piston et adaptés pour projeter chacun le fluide de retroidissement en un jet concentré contre le fond d'un piston. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après. REVEDICATIONS 1 - G1cleu (32) de refroid1ssement du piston (36) d'un moteur combustion interne, comportant un corp de gicleur (1) partie pAnAtrante (4) contorme pour s'engagec dans un alAage du moteur et pour recevoir un fluide de retroidisement arrivant par ledit alsage, comportant un clapet interne (2) pour moduler le dbit de fluide en fonction de sa pression, et comportant une Lructure de sorLie (3) passage radial de fluide (17) dans le corps de gicleur (1) et tuLe de sortie (18), adapte pour transmettre le fluide de retroidissement sortant du clapet interne (2) et pour le diriger en jet au moins contre le fond (35) du piston (36) de moteur retroidir, caractris en ce que le clapet interne (2) comprend un piston (6), ayant un tronon aval (7) surface latrale (8) cylindrique de guidage engage coulissement longitudinal dans un alAsage de guidage (9) solidaire du corps de gicleur (1), ayanL une tAte d'obLuration (10) oriente vers 1'amont dans le sens d'Acoulement du fluide de retroidissement pour venir porter sAlectivement contre un sige annulaire d'obLuration (11) solidaire du corps de gicleur (1) et travers par le fluide e retroidissement, et le clapet interne (2) comprend un resort hlicoidal de compression (13), engag axialement entre une porte aval (14) solidaire du corps de gicleur (1) et une surface aval (15) du piston () pour solliciter le piston (6) vers l'amont contre le sige annulaire d'obturation (11) 2 - icleur de retroidiaement selcn la revendication 1, caractris en ce que le piston () coulisse dans un alAsage de guidage ( 9) 1' intArieur d'un trongon amont (16) du corps de gicleur (1), en amont du passage radial de fluide (17), et on prvoit des passages de conduction de fluide (24, 25; 2E, 27, 28) pour conduire axialement le fluide depuis l'aval du sige annulaire d'obLuration (11) jusqu' au passage radial de fluide (17). 3 - Gicleur de refroidissement selon la evendication 2, caractrisA en ce que le trongon aval (7) de piston (6) comporte un logement ccaxial aval (19) dans lequel s' engage et est quide la partie d'extrmit amont (20) du ressort hlicoidal de compression (13) 4 - Gicleur de retroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le corps de gicleur (1) comprend un alésage axial traversant (21), dans lequel est engagée sans jeu et maintenue en position une chemise tuLulaire (22) à alésage axial (23) dont un tronçon aval forme l'alésage de guidage (9) recevant le tronçon aval de piston (6), la chemise tuLulaire (22) ayant un épaulement intermédiaire interne formant le siège annulaire d'obturation (11), au moins un trou radial (24) étant prévu dans la paroi de chemise tuLulaire (22) immédiatement en aval du siège annulaire d'obturation (11) pour conduire radialement le fluide vers un ou plusieurs passages périphériques (25) prévus entre la surface externe de la chemise tuLulaire (22) et la surface de l'alésage axial traversant (21) du corps de gicleur (1), lesdits passages périphériques (25) étant adaptés pour conduire axialement IS le fluide de refroidissement depuis le ou les trous radiaux (24) jusqu'au passage radial de fluide (17) dans le corps de gicleur (1) Gicleur de refroidissement selon la revendication 4, caractérisé en ce que le ou les passages périphériques (25) sont réalisés par un tronçon d'alésage axial travereant (21) de plus grand diamètre, tandis que la chemise tuLulaire (22) a un diamètre externe sensiblement constant laissant un espace intermédiaire annulaire par lequel s'écoule le fluide de refroidissement. 6 - Gicleur de refroidissement selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la chemise tuLulaire (22) est réalisée en acier fritté, tandis que le piston (6) est en acier. 7 - Gicleur de retroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le piston (6) comporte, entre son tronçon aval (7) à surface latérale (8) cylindrique de guidage et la tête d'obturation (10), un évidement annulaire externe (26) définissant, avec la paroi de l'alésage de guidage (9), un logement annulaire communiquant par des trous radiaux de piston (27) avec un alésage axial de piston (28) ouvert vers l'aval dans l'alésage axial traversant (21) de corps qui conduit le fluide de refroidissement jusqu'au passage radial de fluide (17) dans le corps de gicleur. 8 - Gicleur de refroidissement selon la revindication 7, caracLAriA en ce que le singe annulaire d' obLurati on (11) eat une bague annulaire (30) rapporte dans l'alAsage axial traversant (21) du corps de gicleur (1). 9 - Moteur combustion interns covenant au mains an