Brevet FR2882791A1 — publié le 20060908

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale les culasses de moteurs à combustion interne pour véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement une culasse d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile comprenant un noyau d'eau comportant au moins une partie pourvue de deux canaux concentriques dans lesquels est destiné à circuler un liquide de refroidissement, à savoir un canal central destiné à entourer un injecteur de carburant et un canal périphérique destiné à entourer des soupapes d'admission et d'échappement ainsi qu'une bougie de préchauffage, lesdits canaux concentriques s'étendant sensiblement dans un même plan. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse pour la réalisation d'une culasse d'un moteur diesel à plusieurs soupapes dont l'injecteur de carburant est situé au milieu des soupapes et avec une bougie de préchauffage passant entre deux soupapes. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Actuellement, les moteurs ont une puissance volumique très élevée. Leurs conceptions s'approchent toujours davantage des limites de résistance des matériaux, aussi la moindre défaillance du système de refroidissement de ces moteurs peut avoir de graves conséquences. En outre, dans de tels moteurs, la zone centrale de la culasse située à proximité de la chambre de combustion et des conduits d'échappement peut atteindre ou dépasser 230 C. C'est pourquoi le système de refroidissement de la culasse est d'une 25 extrême importance. Le système de refroidissement utilisé comprend un noyau d'eau constitué de canaux de circulation d'un liquide de refroidissement dans la culasse pour refroidir les zones de la culasse très sollicitées thermiquement et autour des éléments interagissant avec la culasse telle que les soupapes et l'injecteur de carburant. Pour refroidir au mieux les zones entre les soupapes d'admission et les soupapes d'échappement, et autour de l'injecteur de carburant, on utilise pour cela des canaux de refroidissement spécifiques appelés pontets de canaux d'eau. 2882791 2 Actuellement, on connaît déjà une culasse, du type précité qui comporte deux pontets de canaux d'eau dans la partie inférieure du noyau d'eau et dans le plan de cette partie. Dans cette culasse le noyau ne peut pas contenir un canal supplémentaire dans le plan de la partie inférieure du noyau d'eau en s'étendant du centre vers la périphérie autour de la zone de passage de la bougie de préchauffage, pour une question d'encombrement. Il s'ensuit que les zones de la culasse qui s'étendent autour de la bougie de préchauffage et de l'injecteur ne sont pas refroidies correctement et se trouvent 10 donc très sollicitées thermiquement. OBJET DE L'INVENTION Afin de remédier aux inconvénients précités de l'état de la technique, la présente invention propose une culasse d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile dans laquelle les zones situées autour de la bougie de préchauffage et de l'injecteur sont refroidies correctement. A cet effet, on propose selon l'invention une culasse d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile comprenant un noyau d'eau telle que défini en introduction dans laquelle il est prévu qu'au moins une des parties pourvue des deux canaux concentriques comprend en outre un canal transversal qui s'étend à partir du canal central jusqu'au canal périphérique en sortant dudit plan pour passer à proximité de l'endroit où est destinée à être positionnée la bougie de préchauffage. Ainsi, grâce à ce canal transversal s'étendant du canal central jusqu'au canal périphérique situé à proximité de la zone de positionnement de la bougie de préchauffage selon l'invention, la zone de la culasse située autour de la bougie de préchauffage est refroidie correctement. D'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du support d'appareillage électrique selon l'invention sont les suivantes: -le canal transversal s'élève au-dessus dudit plan et se raccorde à 30 une partie également surélevée du canal périphérique. - le canal transversal suit une ligne en arc de cercle qui entoure l'endroit de positionnement de la bougie de préchauffage. 2882791 3 - le noyau d'eau comprend deux parties d'une seule pièce à savoir une partie inférieure et une partie supérieure et ledit canal transversal est prévu dans la partie inférieure. - la partie supérieure du noyau d'eau est séparée de la partie 5 inférieure par une paroi mince en forme de vague dont la face inférieure forme la paroi supérieure dudit canal transversal. - la partie du noyau d'eau comprend deux autres canaux transversaux qui s'étendent depuis le canal central jusqu'au canal périphérique sensiblement dans ledit plan pour passer à proximité des zones de positionnement des soupapes d'échappement et d'admission. - le noyau d'eau est réalisé par moulage d'une seule pièce métallique en aluminium. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à 15 titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés: - la figure 1 est une vue en coupe de la culasse suivant un plan perpendiculaire à la culasse et passant par la bougie de préchauffage selon 20 l'invention; - la figure 2 est une vue des canaux de refroidissement des parties inférieure et supérieure du noyau d'eau de la culasse selon l'invention et de plusieurs éléments montés sur la culasse; - la figure 3 est une vue des canaux de refroidissement de la partie 25 inférieure du noyau d'eau de la culasse selon l'invention; Sur la figure 1 on a représenté une culasse 10 d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile comprenant un noyau d'eau 20 comportant des canaux 25 dans lesquels est destiné à circuler un liquide de refroidissement 8. Le noyau d'eau 20 comprend deux parties d'une seule pièce à savoir une partie inférieure 21 et une partie supérieure 22. Comme le montre la figure 2, le noyau d'eau 20 comporte des canaux 25 destinés à entourer deux soupapes d'admission 4A,4B et deux soupapes d'échappement 5A,5B, le puits d'injection 16 de l'injecteur de carburant 6, ainsi qu'une bougie de préchauffage 1. 2882791 4 Selon le mode de réalisation de l'invention représenté, le moteur à combustion interne est un moteur diesel. L'injecteur de carburant 6 doit donc être au centre des quatre soupapes 4A,4B,5A,5B pour avoir une bonne homogénéité du mélange des gaz frais dans la 5 chambre de combustion. Cette position centrée de l'injecteur de carburant 6 influence la structure des canaux 25 du noyau d'eau 20 qui refroidissent entre autres la zone centrale de la culasse 10 constituée par le puits d'injection 16 de l'injecteur de carburant 6 et les zones de la culasse 10 situées à proximité des soupapes 4A,4B,5A,5B. De même, les conduits d'admission et d'échappement ici non représentés sont à l'origine d'un encombrement important dans la culasse 10 et influencent également la structure des canaux. En particulier les conduits d'admission qui génèrent le swirl possèdent une géométrie particulière dont la structure des canaux 25 du noyau d'eau 20 doit 15 tenir compte. Les formes irrégulières des canaux 25 du noyau d'eau 20 sont adaptées à l'encombrement relatif à tous les éléments de la culasse 10. De plus, les formes des canaux 25 du noyau d'eau 20 sont adaptées à ce qu'il n'y ait pas de zone morte en liquide de refroidissement, c'est-àdire qu'il n'y ait pas de zone non irriguée dans lesdits canaux 25 de circulation du liquide de refroidissement 8, car une zone morte d'un canal du noyau d'eau 20 est soumise à de fortes contraintes thermiques, ce qui peut entraîner la fissuration de la paroi du canal à cet endroit du noyau d'eau 20. Comme le montre la figure 3, la partie inférieure 21 du noyau d'eau 20 est pourvue de deux canaux concentriques 24,26, à savoir un canal central 26 destiné à entourer l'injecteur de carburant 6 et un canal périphérique 24 destiné à entourer les soupapes d'admission 4A,4B et les soupapes d'échappement 5A,5B ainsi que la bougie de préchauffage 1, lesdits canaux concentriques 24,26 s'étendant sensiblement dans un même plan. Cette partie inférieure 21 du noyau d'eau 20 comprend en outre deux canaux transversaux 27,28 dénommés pontets de canaux d'eau qui s'étendent depuis le canal central 26 jusqu'au canal périphérique 24 sensiblement dans ledit plan pour passer à proximité des zones de positionnement des soupapes d'échappement 5A,5B et de la soupape d'admission 4B. 2882791 5 Les deux pontets de canaux d'eau 27,28 sont au plus près de la face de feu, c'est-à-dire la face supérieure de la chambre de combustion. Ces deux pontets de canaux d'eau 27,28 se situent dans une zone très sollicitée thermiquement et ont ainsi une mission de refroidissement primordiale. On remarque que l'on ne peut pas créer de canal dans le plan de la zone opposée aux pontets canaux d'eau 27,28 actuellement en place dans la partie inférieure 21 du noyau d'eau 20, car c'est à cet endroit que les deux conduits d'admission arrivent selon une position où ils se chevauchent, ne laissant plus assez d'espace pour un canal de refroidissement supplémentaire. L'encombrement des conduits d'admission dans la partie inférieure 21 du noyau d'eau de la culasse 10 provient du fait que l'on utilise un motif à 90 (motif qui définit les positions des soupapes d'échappement 5A, 5B et des soupapes d'admission 4A,4B par rapport aux conduits d'admission et d'échappement), c'est-à-dire qu'ici une des soupapes d'échappement 5A, 5B est située du côté des conduits d'échappement alors que l'autre des soupapes d'échappement 5A,5B est située du côté des conduits d'admission, de même l'une des deux soupapes d'admission 4A,4B est située du côté des conduits d'admission et l'autre soupape d'admission est située du côté des conduits d'échappement. On remarque aussi que l'on ne peut pas créer de canal dans le plan de la zone qui s'étend autour de la bougie de préchauffage 1, car ce plan de zone se situe à proximité d'un pilier ici non représenté, destiné à fixer la culasse 10 sur le bloc-moteur 3. Avantageusement, selon l'invention, la partie inférieure 21 du noyau d'eau 20 comprend un canal transversal ou demi-canal 23 qui s'étend à partir du canal central 26 jusqu'au canal périphérique 24 en sortant dudit plan pour passer à proximité de l'endroit où est destinée à être positionnée la bougie de préchauffage 1. Ce canal transversal 23 s'élève au-dessus dudit plan et se raccorde à une partie 29 également surélevée du canal périphérique 24 de la partie inférieure 30 21 du noyau d'eau 20. De plus, ledit canal transversal 23 est raccordé en suivant une ligne en arc de cercle qui entoure l'endroit de positionnement de la bougie de préchauffage 1. 2882791 6 Ainsi, selon l'invention, le canal transversal 23 issu de la partie surélevée 29 du canal périphérique 24 de la partie inférieure 21 du noyau d'eau 20 passe au-dessus de la bougie de préchauffage 1 et alimente en liquide de refroidissement le canal central 26 qui entoure le puits d'injection 16 et le reste du canal périphérique 24 qui débouche dans le canal central 26. Ce canal transversal 23 permet non seulement de refroidir davantage la zone centrale du puits d'injection 16 mais aussi de refroidir la zone de la culasse 10 qui s'étend autour de la bougie de préchauffage 1 qui n'était pas refroidie jusque-là. Une lame 13 (voir figure 1) en forme de vague sépare la partie supérieure 22 du noyau d'eau 20 de la partie inférieure 21, une partie de la face inférieure de cette lame 13 formant la paroi supérieure dudit canal transversal 23. Avantageusement, selon l'invention, cette lame 13 en forme de vague résultant de la structure du noyau d'eau 20 en deux parties relit le côté admission de la culasse 10 au côté échappement de la culasse 10 et maintient mécaniquement les parois de la culasse 10. En effet, cette lame 13 constitue une toile intermédiaire entre les deux parties inférieure 21 et supérieure 22 du noyau d'eau 20 qui reprend les efforts auxquels la culasse 10 est soumise. En outre, le noyau d'eau 20 de la culasse 10 est réalisé par moulage d'une seule pièce métallique en aluminium. Plus particulièrement, l'obtention du noyau d'eau 20 au sein de la culasse 10 passe d'abord par la confection d'un positif en sable résiné de la partie inférieure 21 et de la partie supérieure 22 de ce noyau d'eau 20. Ce positif en sable est constitué d'un noyau de sable généré par une boîte à noyau auquel on a ajouté un tiroir sur la partie inférieure 21 uniquement. Le tiroir est disposé sur une glissière et le démoulage s'effectue selon une autre direction que celle employée pour le démoulage des parties inférieure 21 et supérieure 22 du noyau 20. Ce positif en sable est placé dans le moule de la culasse 10 de sorte que lorsqu'on fait couler l'aluminium dans ledit moule, il génère le noyau d'eau décrit précédemment. Grâce au canal transversal 23 selon l'invention, on garde l'avantage du noyau en deux parties en créant une lame 13 qui reprend les efforts en reliant un 2882791 7 côté de la culasse 10 à l'autre côté de la culasse 10, et on alimente le canal central 26 de refroidissement du puits d'injection 16 ainsi que les zones de la culasse 10 situées à proximité de la bougie de préchauffage 1 et de l'injecteur de carburant 6. La présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. 8 REVENDICATIONS 1. Culasse (10) d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile comprenant un noyau d'eau (20) comportant au moins une partie pourvue de deux canaux concentriques (24,26) dans lesquels est destiné à circuler un liquide de refroidissement (8), à savoir un canal central (26) destiné à entourer un injecteur de carburant (6) et un canal périphérique (24) destiné à entourer des soupapes d'admission (4A,4B), et d'échappement (5A, 5B) ainsi qu'une bougie de préchauffage (1), lesdits canaux concentriques (24,26) s'étendant sensiblement dans un même plan, caractérisée en ce que ladite partie du noyau d'eau (20) comprend en outre un canal transversal (23) qui s'étend à partir du canal central (26) jusqu'au canal périphérique (24) en sortant dudit plan pour passer à proximité de l'endroit où est destinée à être positionnée la bougie de préchauffage (1) . 2. Culasse (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit canal transversal (23) s'élève au-dessus dudit plan et se raccorde à une partie (29) également surélevée du canal périphérique (24). 3. Culasse (10) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit canal transversal (23) suit une ligne en arc de cercle qui entoure l'endroit de positionnement de la bougie de préchauffage (1). 4. Culasse (10) selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle le noyau d'eau (20) comprend deux parties d'une seule pièce à savoir une partie inférieure (21) et une partie supérieure (22), caractérisée en ce que ledit canal transversal (23) est prévu dans la partie inférieure (21). 5. Culasse (10) selon la revendication 4, caractérisée en ce que la partie supérieure (22) du noyau d'eau (20) est séparée de la partie inférieure (21) par une paroi mince en forme de vague dont une partie de la face inférieure forme la paroi supérieure dudit canal transversal (23). 6. Culasse (10) selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que ladite partie inférieure (21) du noyau d'eau (20) comprend deux autres canaux transversaux (27,28) qui s'étendent depuis le canal central (26) jusqu'au canal périphérique (24) sensiblement dans ledit plan pour passer à proximité des zones de positionnement des soupapes d'échappement et d'admission (4A,4B,5A,5B). 2882791 9 7. Culasse (10) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le noyau d'eau (20) est réalisé par moulage d'une seule pièce métallique en aluminium.