Brevet FR2844003A1 — publié le 20040305

GICLEUR A PROJECTIONS MULTIPLES POUR REFROIDISSEMENT DE MOTEUR, ET MOTEURS EQUIPES DE TELS GICLEURS La présente invention concerne les gicleurs de refroidissement des pistons d'un moteur à combustion interne, 5 permettant de projeter un fluide de refroidissement tel que de l'huile sur une zone appropriée du piston. Les gicleurs de refroidissement de pistons habituellement utilisés sont des pièces rapportées, fixées sur le carter moteur et communiquant avec un orifice d'amenée de fluide de refroidissement. 10 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 vers une entrée de galerie de piston. Dans les moteurs à combustion interne actuellement développés, on associe à chaque piston du moteur un gicleur de 15 refroidissement qui projette un seul jet de fluide de refroidissement vers la zone de fond de piston. Le gicleur comporte un corps de gicleur à partie pénétrante conformée pour s'engager axialement dans un alésage du carter moteur et pour recevoir le fluide de refroidissement arrivant par ledit alésage. Le gicleur 20 comporte une structure de sortie à passage radial de fluide dans le corps de gicleur et à tube de sortie adapté pour diriger le flux de fluide de sortie vers la zone de piston à refroidir. Pour obtenir un bon refroidissement, on choisit de façon appropriée le débit du jet de fluide de refroidissement projeté 25 vers le fond de piston. Cependant, dans les moteurs à combustion interne modernes, dont les performances vont en croissant, il y a un besoin pour augmenter encore la capacité de refroidissement de la partie de piston qui est la plus proche de la zone de combustion des gaz. Il apparaît que les gicleurs actuellement utilisés 30 limitent la capacité de refroidissement du piston. L'évolution de la thermique des moteurs nécessite des gicleurs plus performants, car les pistons sont de plus en plus chauds. On a tenté d'améliorer le refroidissement en prévoyant, dans le piston, des galeries internes dont le but est d'assurer le 35 refroidissement au plus près de la zone de combustion qui est la zone la plus chaude du moteur. Une galerie est un trou dans le piston, et le gicleur projette le fluide de refroidissement dans ce 4282-IFDEP.doc trou. Le piston reste ainsi relativement épais, pour supporter les contraintes mécaniques, et la galerie permet d'amener le fluide de refroidissement dans la zone qui est la plus proche du volume de combustion. Le gicleur doit avoir une très grande précision du jet, car l'entrée de la galerie se trouve généralement à environ 150 millimètres du gicleur qui est fixé sur le carter, et l'entrée de la galerie ne fait que 5 ou 6 millimètres de diamètre. Dans ce petit orifice, il faut entrer le maximum de fluide de 10 refroidissement. Le problème proposé par la présente invention est de concevoir une nouvelle structure de gicleur de refroidissement, qui puisse améliorer encore la capacité de refroidissement du piston, pour un débit donné de fluide de refroidissement, tout en restant 15 compatible avec la place très réduite dont on dispose dans le moteur pour placer un tel gicleur de refroidissement. L'invention a également pour objet de concevoir un tel gicleur dont la structure soit particulièrement simple, pour être fabriquée de manière simple en grande série. La présente invention résulte de l'observation selon laquelle il est certes très bon pour le refroidissement de mettre le maximum d'huile dans la galerie d'un piston, mais par contre une insuffisance d'huile en dehors de la galerie peut entraîner des défaillances graves du moteur par manque de graissage de la chemise 25 et de l'axe qui lie le piston à la bielle. Et des défaillances peuvent également résulter d'une répartition inégale de l'huile dans le corps de piston. Pour atteindre ces buts ainsi que d'autres, l'invention propose un gicleur de refroidissement pour piston de moteur à 30 combustion interne, comportant un corps de gicleur à partie pénétrante conformée pour s'engager axialement dans un alésage du moteur et pour recevoir un fluide de refroidissement arrivant par ledit alésage; le gicleur comporte une structure de sortie à passage radial de fluide dans le corps de gicleur et à tube de 35 sortie adapté pour diriger le flux de fluide en sortie vers 'le piston à refroidir; le gicleur comprend au moins deux orifices de sortie, chaque orifice de sortie étant positionné et orienté de 4282IFDEP.doc façon appropriée pour créer un jet de fluide de refroidissement distinct et pour le diriger vers une zone de refroidissement respective distincte du piston de moteur. Les orifices de sortie arrosent un même piston en des zones distinctes du piston. Dans un mode de réalisation avantageux, le gicleur comprend un premier tube de sortie comportant un premier tronçon radial de raccordement, généralement perpendiculaire à la direction axiale de pénétration du gicleur, et se raccordant par un coude à un premier tronçon axial de projection se terminant par le premier 10 orifice, et comprend un second tube de sortie ayant un second tronçon radial de raccordement décalé angulairement à l'écart du premier tronçon radial de raccordement et se raccordant par un coude à un second tronçon axial de projection se terminant par le second orifice. Les deux jets de fluide de refroidissement produits 15 par ce gicleur sont sensiblement parallèles l'un à l'autre, et écartés l'un de l'autre par la distance générée par les tronçons radiaux décalés angulairement l'un par rapport à l'autre. Dans une première réalisation, les tubes de sortie se raccordent au corps de gicleur selon deux passages radiaux 20 distincts. Dans un autre mode de réalisation, le gicleur comporte un premier tube de sortie se raccordant selon un passage radial unique au corps de gicleur, le premier tube de sortie ayant le premier orifice et ayant un tronçon intermédiaire à plus grand diamètre, 25 qui se poursuit par un tronçon de sortie à plus petit diamètre, et auquel se raccorde un second tube de sortie ayant le second orifice. Par exemple, le premier tube de sortie peut comporter un tronçon amont et un tronçon aval reliés l'un à l'autre par un 30 manchon intermédiaire de plus gros diamètre que les tronçons amont et aval, le tronçon amont étant engagé par ses extrémités respectives dans le passage radial du corps de gicleur et dans une première extrémité du manchon, le tronçon aval étant engagé dans la seconde extrémité du manchon, le manchon étant percé d'un trou 35 latéral dans lequel est engagée l'extrémité amont du second tube de sortie. 4282I FDEP.doc Dans un autre mode de réalisation, le tube de sortie se raccorde à un embout de sortie ayant les deux orifices de sortie, l'embout ayant un trou axial d'entrée s'emmanchant sur l'extrémité aval du tube de sortie et communiquant avec deux trous de sortie 5 divergents destinés à être orientés vers les zones de refroidissement respectives du piston. Selon un autre aspect, l'invention prévoit un moteur à combustion interne comprenant au moins un gicleur tel que défini ci-dessus, le gicleur étant conformé et positionné de façon à créer 10 et diriger au moins deux jets de fluide de refroidissement vers deux entrées de galerie respectives creusées dans la masse d'un piston. Dans un tel moteur, l'un au moins des tubes de sortie du gicleur de refroidissement est cintré de façon à contourner le 15 piston sans s'opposer à sa course de fonctionnement, alors que les deux tubes de sortie dirigent les jets de fluide de refroidissement vers deux zones de piston situées de part et d'autre de son plan médian. Cela permet de répartir le fluide de refroidissement de façon équitable dans la surface de tête de piston, pour améliorer 20 le refroidissement. Selon un autre aspect, l'invention prévoit un moteur à combustion interne ayant au moins un gicleur tel que défini cidessus conformé et positionné de façon à créer et diriger au moins un premier jet de fluide de refroidissement vers une entrée de 25 galerie de piston et un second jet de fluide de refroidissement vers une zone à lubrifier telle que la chemise ou l'axe de la bielle associée au piston. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes 30 de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles: - la figure 1 est une vue en perspective illustrant schématiquement une structure de piston et un gicleur associé selon l'invention; - la figure 2 est une autre vue en perspective du piston associé au 35 gicleur selon la figure 1; - la figure 3 est une vue en perspective d'un gicleur selon un mode de réalisation avantageux de l'invention; 4282-IFDEP.doc - la figure 4 est une vue en perspective d'un gicleur selon un autre mode de réalisation de l'invention; - la figure 5 est une coupe partielle longitudinale de la structure de sortie du gicleur de la figure 4 selon une première variante; - les figures 6 et 7 sont respectivement une coupe partielle longitudinale et une vue de dessus de la structure de sortie du gicleur de la figure 4 selon une seconde variante; - la figure 8 illustre un moteur ayant un gicleur produisant un premier jet projeté vers une galerie de piston et un second jet 10 projeté vers une zone à lubrifier; - la figure 9 est une vue en perspective d'un gicleur selon un autre mode de réalisation de l'invention; - la figure 10 est une vue de face en coupe longitudinale d'un embout de gicleur de la figure 9; - les figures 11 et 12 illustrent l'embout de gicleur de la figure 9, vu de dessus et de côté gauche; et - les figures 13 et 14 illustrent des coupes longitudinales, vues de côté et de face, du gicleur de la figure 9. Dans les modes de réalisation illustrés sur les figures, 20 un gicleur de refroidissement 1 selon l'invention, prévu pour refroidir un piston de moteur à combustion interne, comporte un corps de gicleur 2 ayant une partie pénétrante 3 conformée pour s'engager axialement selon un axe I-I dans un alésage du moteur pour recevoir un fluide de refroidissement arrivant par ledit 25 alésage comme illustré par la flèche 4. Le gicleur de refroidissement 1 comporte en outre une structure de sortie 5 dépassante, communiquant avec la partie pénétrante 3, comportant un passage axial de fluide depuis la partie pénétrante 3, et comportant au moins un passage radial 5a (et éventuellement 5b) de 30 fluide dans le corps de gicleur 2. La structure de sortie 5 comporte au moins un tube de sortie 6 adapté pour diriger le flux de fluide de refroidissement en sortie vers le piston à refroidir. Dans les modes de réalisation des figures 1 à 8, le gicleur de refroidissement 1 comporte au moins deux tubes de sortie 35 6 et 7, chaque tube de sortie 6 ou 7 étant cintré de façon appropriée pour positionner et orienter leurs orifices de sortie 16 et 17 respectifs de façon à créer deux jets de fluide de 4282-IFDEP.doc refroidissement distincts respectifs 6a et 7a que l'on distingue sur les figures 1, 2 et 8, et pour diriger les deux jets 6a et 7a vers deux zones de refroidissement respectives distinctes 6b et 7b du piston 8 de moteur. Dans l'un et l'autre des modes de réalisation des figures 3 et 4, le premier tube de sortie 6 comporte un premier tronçon radial de raccordement 6c, généralement perpendiculaire à la direction axiale I-I de pénétration du gicleur dans le corps de moteur, et se raccordant notamment par un coude 6d à un premier 10 tronçon axial de projection 6e à premier orifice 16 qui projette ainsi le jet de fluide de refroidissement 6a selon une direction généralement axiale par rapport au piston 8. Le second tube de sortie 7 comporte un second tronçon radial de raccordement 7c sensiblement perpendiculaire ou fortement angulé par rapport au 15 premier tronçon radial de raccordement 6c, et se raccordant par un coude 7d à un second tronçon axial de projection 7e à second orifice 17 qui projette ainsi un jet de fluide de refroidissement 7a selon une direction généralement axiale par rapport au piston 8. Dans le mode de réalisation de la figure 3, deux tubes de 20 sortie 6 et 7 se raccordent au corps de gicleur selon deux passages radiaux distincts 5a et 5b respectifs de la structure de sortie 5 par deux tronçons radiaux de raccordement 6c et 7c. Simultanément, les tronçons radiaux de raccordement 6c et 7c sont sensiblement perpendiculaires l'un par rapport à l'autre et tous deux 25 perpendiculaires à l'axe I-I. En outre, le premier tube de sortie 6 comporte un tronçon de liaison 6f, généralement parallèle au second tronçon radial de raccordement 7c du second tube de sortie 7, et se raccordant d'une part au premier tronçon radial de raccordement 6c par un coude 6d et d'autre part à un premier tronçon axial de 30 projection 6e par un second coude 6g, comme on le voit bien sur la figure 3. Cette forme de gicleur est adaptée pour projeter deux jets de fluide de refroidissement vers deux zones d'un même piston situées de part et d'autre du plan médian du piston. C'est ainsi que l'on voit, sur les figures 1 et 2, le 35 gicleur de refroidissement 1 selon ce premier mode de réalisation, en position dans un moteur face à un piston 8 sollicité par une bielle 9 elle-même disposée selon le plan médian du piston 8. Les 4282- IFDEP.doc deux jets de fluide de refroidissement 6a et 7a produits par le gicleur de refroidissement 1 sont dirigés respectivement vers deux zones de refroidissement 6b et 7b qui sont disposées de part et d'autre du plan médian du piston 8. Dans ce cas, les deux zones de 5 refroidissement 6b et 7b sont deux orifices d'entrée de deux galeries prévues dans la masse du piston 8, de sorte que le fluide de refroidissement pénètre dans les galeries du piston pour se propager au plus près de la surface inférieure de poussée du piston, surface qui reçoit l'énergie calorifique des gaz de 10 combustion. Dans le second mode de réalisation illustré sur les figures 4 et 5, la structure de sortie comprend un premier tube de sortie 6 qui se raccorde au corps de gicleur selon un passage radial unique 5a. Le premier tube de sortie 6 a le premier orifice 15 16 et comporte un tronçon intermédiaire 6h de plus grand diamètre auquel se raccorde le second tube de sortie 7 qui a le second orifice 17. Dans la réalisation plus spécifiquement illustrée sur la figure 5, le premier tube de sortie 6 comporte un tronçon amont 20 6cl, un tronçon aval 6c2, un coude 6d et un tronçon axial de projection 6e, et un manchon intermédiaire 6c3 formant le tronçon intermédiaire 6h de plus grand diamètre que les tronçons amont 6cl et aval 6c2. Le tronçon amont 6cl est engagé par ses extrémités respectives dans le passage radial 5a de corps de gicleur et dans 25 une première extrémité du manchon 6c3. Le tronçon aval 6c2 est engagé dans la seconde extrémité du manchon 6c3. Le manchon 6c3 est percé d'un trou latéral 6j dans lequel est engagée l'extrémité amont du second tube de sortie 7. Selon une variante illustrée sur les figures 6 et 7, le 30 tronçon amont 6cl et le manchon 6c3 sont d'une seule pièce. On peut concevoir, selon l'invention, des gicleurs ayant plus de deux tubes de sortie, pour générer plus de deux jets de fluide de refroidissement. Dans les réalisations illustrées sur les figures 1 à 4 et 35 6 à 8, l'un au moins des tubes de sortie 6 et 7 comporte un rétreint formant un tronçon d'extrémité 6i et 7i à diamètre réduit, dont l'effet technique est: 4282-IFDEP.doc - de garantir une grande précision du diamètre intérieur du tube, et donc de garantir une bonne précision du débit de fluide de refroidissement, - d'améliorer la qualité du jet, produisant un jet laminaire et non diffus, - d'augmenter la vitesse et la précision du jet en sortie du tube. Les figures 9 à 14 illustrent un autre mode de réalisation de l'invention, dans lequel le gicleur de refroidissement comporte un seul tube de sortie et un embout de sortie permettant de diviser 10 le jet de fluide de refroidissement en deux jets 6a et 7a. Dans ce mode de réalisation, on retrouve un gicleur 1 ayant un corps de gicleur 2 avec une partie pénétrante 3 et une structure de sortie 5 à passage radial 5a. On retrouve également un tube de sortie 6 cintré, dont la 15 première extrémité est emmanchée dans le trou radial 5a et dont la seconde extrémité s'emmanche dans un embout de sortie 10. Comme on le voit sur la figure 10, l'embout de sortie 10 présente un trou axial d'entrée 10a conformé pour s'emmancher sur l'extrémité aval du tube de sortie 6, et communiquant avec deux 20 trous de sortie 10b et 10c divergents destinés à être orientés vers les zones de refroidissement respectives du piston. Ainsi, les deux trous de sortie o10b et 10c définissent les orifices de sortie respectifs 16 et 17 du gicleur de refroidissement. Le trou axial d'entrée 10a peut avantageusement avoir une 25 forme cylindrique à section circulaire adaptée pour recevoir l'extrémité aval cylindrique du tube de sortie 6. Les deux trous de sortie lob et 10c peuvent avoir des diamètres différents, par exemple le trou de sortie 16 peut avoir un diamètre supérieur au diamètre du trou de sortie 17. Les angles 30 d'orientation des trous de sortie lob et 10c sont choisis pour correspondre aux emplacements des zones de refroidissement respectives du piston. A leur extrémité amont, les trous de sortie 10b et 10c sont plus rapprochés l'un de l'autre, de façon à communiquer directement avec l'intérieur du tube de sortie 6. L'embout de sortie 10 comprend, sur sa face périphérique externe, au moins un plat 11 ou 12 tels qu'illustrés sur les figures 9, 11 et 12, le plat 11 ou 12 permettant de repérer et de 4282-1 FDEP.doc fixer la position angulaire de l'embout de sortie 10 autour du tube de sortie 6, permettant d'orienter en rotation les deux trous de sortie 16 et 17 lors du montage de l'embout 10 sur le tube de sortie 6. L'invention prévoit ainsi un moteur à combustion interne comprenant au moins un gicleur de refroidissement 1 tel que défini précédemment, le gicleur de refroidissement 1 étant conformé et positionné de façon à créer et diriger au moins deux jets de fluide de refroidissement 6a et 7a vers deux entrées de galeries 10 respectives 6b et 7b creusées dans la masse d'un piston 8, comme illustré sur les figures 1 et 2. En alternative ou en complément, comme illustré sur la figure 8, l'invention prévoit un moteur dans lequel un gicleur 1 produit un premier jet 6a de fluide de refroidissement envoyé dans 15 l'entrée 6b d'une galerie du piston 8 et un second jet 7a de fluide de refroidissement envoyé sur la chemise ou l'axe piston/bielle. Dans un tel moteur, les tubes de sortie 6 et 7 peuvent être cintrés de façon à contourner le piston 8 tout en se trouvant en dehors de la trajectoire du piston 8 durant sa course de 20 fonctionnement, dirigeant ainsi les jets de fluide de refroidissement 6a et 7a vers deux zones de piston 6b et 7b situées de part et d'autre de son plan médian. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut 25 les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après. 4282- IFDEP.doc REVENDICATIONS 1 - Gicleur de refroidissement (1) d'un piston (8) de moteur à combustion interne, comportant un corps de gicleur (2) à partie pénétrante (3) conformée pour s'engager axialement dans un 5 alésage du moteur et pour recevoir un fluide de refroidissement arrivant par ledit alésage, et comportant une structure de sortie (5) à passage radial (5a) de fluide dans le corps de gicleur et à tube de sortie (6) adapté pour diriger le flux de fluide en sortie vers le piston (8) à refroidir, caractérisé en ce qu'il comprend au 10 moins deux orifices de sortie (16, 17), chaque orifice de sortie (16, 17) étant positionné et orienté de façon appropriée pour créer un jet de fluide de refroidissement (6a, 7a) distinct et pour le diriger vers une zone de refroidissement (6b, 7b) respective distincte du piston (8) de moteur. 2 - Gicleur de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un premier tube de sortie (6) comporte un premier tronçon radial de raccordement (6c) généralement perpendiculaire à la direction axiale (I-I) de pénétration, se raccordant notamment par un coude (6d) à un premier tronçon axial 20 de projection (6e) se terminant par le premier orifice (16) tandis qu'un second tube de sortie (7) comporte ui second tronçon radial de raccordement (7c) décalé angulairement à l'écart du premier tronçon radial de raccordement (6c) et se raccordant par un coude (7d) à un second tronçon axial de projection (7e) se terminant par 25 le second orifice (17). 3 - Gicleur de refroidissement selon la revendication 2, caractérisé en ce que les tubes de sortie (6, 7) se raccordent au corps de gicleur (2) selon des passages radiaux distincts (5a, 5b). 4 - Gicleur de refroidissement selon la revendication 3, 30 caractérisé en ce que deux tubes de sortie (6, 7) se raccordant au corps de gicleur selon deux passages radiaux distincts (5a, 5b) par deux tronçons radiaux de raccordement (6c, 7c) sont sensiblement perpendiculaires l'un par rapport à l'autre et perpendiculaires à l'axe (I-I), le premier tube de sortie (6) ayant un tronçon de 35 liaison (6f) généralement parallèle au tronçon radial de raccordement (7c) du second tube de sortie (7) et se raccordant d'une part au premier tronçon radial de raccordement (6c) par un 4282-1FDEP.doc t Il coude (6d) et d'autre part à un premier tronçon axial de projection (6e) par un second coude (6g), de façon à projeter le fluide de refroidissement vers deux zones d'un même piston situées de part et d'autre du plan médian du piston. 5 - Gicleur de refroidissement selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un premier tube de sortie (6) se raccorde au corps de gicleur (2) selon un passage radial unique (5a), le premier tube de sortie (6) ayant le premier orifice (16) et comportant un tronçon intermédiaire (6h) à plus 10 grand diamètre auquel se raccorde un second tube de sortie (7) ayant le second orifice (17). 6 - Gicleur de refroidissement selon la revendication 5, caractérisé en ce que le premier tube de sortie (6) comporte un tronçon amont (6cl), un tronçon aval (6c2), et un manchon 15 intermédiaire (6c3) de plus gros diamètre que les tronçons amont (6cl) et aval (6c2), le tronçon amont (6cl) étant engagé par ses extrémités respectives dans le passage radial (5a) du corps de gicleur (2) et dans une première extrémité du manchon (6c3), le tronçon aval (6c2) étant engagé dans la seconde extrémité du 20 manchon (6c3), le manchon (6c3) étant percé d'un trou latéral (6j) dans lequel est engagée l'extrémité amont du second tube de sortie (7). 7 Gicleur de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'un au moins des tubes 25 de sortie (6, 7) comporte un rétreint formant un tronçon d'extrémité (6i, 7i) à diamètre réduit. 8 - Gicleur de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube de sortie (6) se raccorde à un embout de sortie (10) ayant les deux orifices de sortie (16, 17), l'embout 30 (10) ayant un trou axial d'entrée (10a) s'emmanchant sur l'extrémité aval du tube de sortie (6) et communiquant avec deux trous de sortie (10b, lOc) divergents destinés à être orientés vers les zones de refroidissement (6b, 7b) respectives du piston (8). 9 - Gicleur de refroidissement selon la revendication 8, 35 caractérisé en ce que l'embout de sortie (10) comprend, sur sa surface périphérique externe, au moins un plat (11, 12), permettant 4282-1 FDEP.doc de repérer et de fixer la position angulaire de l'embout de sortie (10) autour du tube de sortie (6). - Moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un gicleur (1) selon l'une quelconque des 5 revendications 1 à 9, conformé et positionné de façon à créer et diriger au moins deux jets de fluide de refroidissement (6a, 7a) vers deux entrées de galeries respectives (6b, 7b) creusées dans la masse d'un piston (8). 11 - Moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il 10 comprend au moins un gicleur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, conformé et positionné de façon à créer et diriger au moins un premier jet de fluide de refroidissement (6a) vers une entrée de galerie (6b) creusée dans la masse d'un piston (8) et un second jet de fluide de refroidissement (7a) vers une 15 zone à lubrifier. 12 - Moteur selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce qu'il comprend deux tubes de sortie (6, 7) cintrés de façon à contourner le piston (8) sans s'opposer à sa course de fonctionnement, tout en dirigeant les jets de fluide de 20 refroidissement (6a, 7a) vers deux zones de piston (6b, 7b) situées de part et d'autre de son plan médian. 4282-IFDEP.doc