Brevet FR2928970A1 — publié le 20090925

La présente invention concerne un moteur à combustion interne avec une culasse et un carter de vilebrequin, le moteur comportant des cylindres juxtaposés dans le sens longitudinal de la culasse et du carter de vilebrequin, la culasse comportant des canaux d'admission pour l'air de combustion et des canaux de sortie pour les gaz d'échappement, ainsi que des sièges annulaires pour des soupapes d'admission et des soupapes d'échappement, des zones chaudes étant formées dans la culasse dans la zone des soupapes d'échappement et des sièges annulaires des soupapes d'échappement, et des canaux de circulation pour un liquide de refroidissement étant formés dans la culasse et dans le carter , le liquide de refroidissement étant acheminé en totalité vers la culasse, le liquide de refroidissement étant transporté dans la direction transversale de la culasse et une partie du liquide de refroidissement étant acheminée vers le carter. Par le document DE 697 07 980 T2, on connaît un moteur à combustion interne de ce type. Dans ledit document, l'eau de refroidissement est acheminée en totalité vers la culasse et, ensuite, un volume proportionnel du liquide de refroidissement est acheminé vers le carter de vilebrequin. Le liquide de refroidissement est transporté dans la culasse à partir du côté d'admission dans le sens transversal de la culasse, une partie de l'eau de refroidissement étant déviée en aval du côté des soupapes d'échappement de la culasse vers le carter de vilebrequin. Une circulation du liquide de refroidissement dans le sens longitudinal à travers la culasse est décrite dans les documents US 3 358 654, DE 42 10 627 Al, DE 102 19 481 Al et DE 102 27 582 Al. L'inconvénient dans les moteurs connus réside dans le fait qu'il ne se produit pas un refroidissement optimal du cylindre dans le secteur des zones chaudes de celui-ci, lesquelles subissent donc une sollicitation thermique particulièrement élevée. En outre, seule une partie du liquide de refroidissement est acheminée vers ces zones chaudes. Le but de la présente invention est de perfectionner un moteur à combustion interne du type mentionné en introduction, de manière à améliorer le refroidissement des zones de la culasse, soumises à une sollicitation thermique élevée. Ce but est atteint avec un moteur à combustion interne du type mentionné en introduction, par le fait que le liquide de refroidissement est acheminé en totalité vers la culasse dans le secteur des zones chaudes, à partir de là, une partie du liquide de refroidissement est transportée à travers la culasse dans la direction transversale de celle-ci et la partie restante du liquide de refroidissement est acheminée vers le carter de vilebrequin, de préférence en aval des sièges annulaires des soupapes d'échappement par référence au sens d'écoulement. Dans le moteur selon l'invention, le liquide de refroidissement est séparé pour refroidir tant la culasse que le carter de vilebrequin. Mais cette séparation est effectuée non pas avant l'entrée dans la culasse, mais la totalité du liquide de refroidissement est guidée vers les zones chaudes dans la culasse et, ensuite seulement, est effectuée la séparation du liquide de refroidissement. Cela permet d'obtenir un refroidissement optimisé des zones chaudes. Parmi ces dernières figurent en particulier les zones des soupapes d'échappement et les sièges annulaires des soupapes d'échappement dans la culasse. Selon l'invention, le liquide de refroidissement est introduit dans la direction transversale de la culasse sur le côté des soupapes d'échappement. Après le refroidissement des soupapes d'échappement et des sièges annulaires des soupapes d'échappement, le liquide de refroidissement est séparé en une partie pour la culasse et une partie pour le carter de vilebrequin. De préférence, 0 à 30 % ou environ 15 à 20 % du volume du liquide de refroidissement sont prévus pour le carter . La proportion de liquide de refroidissement transportée vers la culasse et celle transportée vers le carter sont définies par le dimensionnement correspondant des sections respectives. De préférence, la partie du liquide de refroidissement, qui est transportée depuis les zones chaudes à travers la culasse dans la direction transversale de celle-ci, est transportée vers la zone des sièges annulaires des soupapes d'admission, et la séparation du liquide de refroidissement est effectuée ensuite. Selon un mode de réalisation particulier du moteur , il est prévu de réaliser dans la culasse ou dans le carter de vilebrequin des dispositifs de déviation destinés à dévier le flux partiel du liquide de refroidissement dans le carter. Les zones du carter, adjacentes à la culasse, sont également soumises à une sollicitation thermique très élevée. Afin de garantir à ces emplacements un refroidissement optimal du carter, il est prévu que le flux partiel de liquide de refroidissement guidé à travers le carter soit transporté dans la direction transversale du carter. Une partie de ce flux partiel est guidée particulièrement près de la culasse dans la direction transversale du carter à travers celui-ci. Des dispositifs de déviation sont réalisés dans le carter pour dévier le flux partiel de liquide de refroidissement dans le carter dans la direction transversale de celui-ci. Lesdits dispositifs de déviation sont configurés de préférence sous la forme d'ailettes de déviation réalisées par la technique de moulage sur la culasse. Un exemple de réalisation préféré de l'invention est expliqué de 25 manière plus détaillée dans la description ci-après et est représenté sur le dessin, sur lequel : la figure 1 est une représentation schématique du moteur à combustion interne dans la zone de la culasse et du carter de vilebrequin, avec représentation de ces zones du moteur ; la figure 2 représente le circuit du liquide de refroidissement pour illustrer le concept de refroidissement ; la figure 3 représente sur une coupe de la culasse et du carter de vilebrequin un détail de la figure 1, afin de mettre en évidence la déviation du flux partiel de liquide de refroidissement depuis la culasse vers le carter de vilebrequin. La figure 1 est destinée à montrer le concept de refroidissement en flux transversal dans le moteur. Ledit moteur à combustion interne est un moteur boxer ou moteur à plat. Sur la figure 1 sont représentées les deux culasses 1 de celui-ci et l'unité de carter de vilebrequin 2 assemblée à celles-ci, donc disposée entre les culasses 1. Ladite unité de carter de vilebrequin 2 comporte les deux moitiés de carter 3, chaque moitié de carter étant reliée à la culasse 1 orientée vers celle-ci. Le plan de séparation entre la culasse 1 respective et le carter 3 qui est assemblé à celle-ci est perpendiculaire au plan de la figure en passant par la ligne 4 concernée. Dans l'unité de carter de vilebrequin 2 est ménagé un évidement 5 pour le vilebrequin du moteur. Le concept de refroidissement est identique pour chacune des zones avec la culasse 1 et le carter 3 sur le côté correspondant du moteur boxer. Il suffit donc d'expliquer ci-après uniquement le refroidissement selon l'invention du moteur dans la zone d'une culasse 1 et du carter 3 assemblé à celle-ci. Un liquide de refroidissement, constitué d'eau de refroidissement, est acheminé selon les deux flux d'eau de refroidissement A vers les deux culasses 1 par l'intermédiaire d'une pompe, non représentée explicitement sur la figure 1, laquelle est montée dans la zone 6 de l'un des carters 3. Sur un volume de 100 % d'eau de refroidissement refoulée par la pompe, la moitié est acheminée vers chaque culasse 1 ; cela est mis en évidence par la mention � 50 % � sur la figure 1. Le flux d'eau de refroidissement A est acheminé en totalité à la culasse 1 et est transporté dans la direction transversale X de la culasse 1. Le flux d'eau de refroidissement A est acheminé dans la culasse 1 dans le secteur des zones chaudes référencées en 7, lesdites zones chaudes étant formées dans la zone des soupapes d'échappement et des sièges annulaires des soupapes d'échappement dans la culasse 1. Après avoir franchi lesdites zones chaudes, le flux d'eau de refroidissement A est séparé en un flux d'eau de refroidissement B et un flux d'eau de refroidissement C. Le volume du flux d'eau de refroidissement B correspond à peu près à 80 % du volume du flux d'eau de refroidissement A, de telle sorte que le flux d'eau de refroidissement C représente à peu près 20 % du volume du flux d'eau de refroidissement A. Ainsi, le flux d'eau de refroidissement A qui, en partant de la pompe à eau, est égal à 50 % en raison de la répartition entre les deux culasses 1 du moteur boxer, est séparé en un flux d'eau de refroidissement B de 40 % et en flux d'eau de refroidissement C de 10 %. Le flux d'eau de refroidissement B est transporté à travers la culasse 1 dans la direction transversale de celle-ci, dans la zone des sièges annulaires des soupapes d'admission du moteur à combustion interne. Le flux d'eau de refroidissement C est acheminé dans le carter 3 et est également transporté dans la direction transversale X à travers le carter 3. La figure 3 représente le guidage contrôlé du flux d'eau de refroidissement C après le franchissement des zones chaudes 7, d'abord perpendiculairement au plan de séparation selon la ligne 4 entre la culasse 1 et le carter 3, en raison de la réalisation des canaux de circulation dans la culasse 1, ainsi que de la déviation contrôlée consécutive du flux d'eau de refroidissement C sur environ 90° au moyen des ailettes de déviation 8 réalisées par la technique de moulage dans le carter 3. Par conséquent, les deux flux d'eau de refroidissement B et C sont transportés dans la direction transversale de la culasse 1 et respectivement du carter 3, sachant que sous l'effet de l'agencement des ailettes de déviation 8, le flux d'eau de refroidissement C est transporté à travers le carter 3 sensiblement au voisinage de la culasse 1 et refroidit donc de manière particulièrement avantageuse les zones fortement sollicitées thermiquement du carter 3 au voisinage de la culasse 1. Les zones chaudes 7 mentionnées sont les zones des soupapes d'échappement et les sièges annulaires des soupapes d'échappement qui sont formées dans la culasse 1. La figure 2 illustre sur une représentation schématique le concept de refroidissement réalisé à travers le moteur selon l'invention : Les deux flux d'eau de refroidissement A identiques sont acheminées par l'intermédiaire de la pompe 9 vers les deux culasses, trois cylindres étant associés à chaque culasse 1 et à chaque carter de vilebrequin 3 associé à ladite culasse 1. Le moteur est donc ici un moteur boxer avec six cylindres. Le flux d'eau de refroidissement A est acheminé en totalité vers la culasse dans le secteur des zones chaudes, symbolisées par les trois flux partiels d'eau de refroidissement A' identiques, qui résultent des trois cylindres et sont formés à partir du flux d'eau de refroidissement A et qui sont guidés dans la zone des soupapes d'échappement 10. Le flux partiel d'eau de refroidissement A' respectif se sépare en aval des zones chaudes en un flux partiel d'eau de refroidissement B', qui est transporté à travers la culasse dans la direction transversale de celle-ci, et en un flux partiel d'eau de refroidissement C', qui est acheminé vers le carter et, symbolisé ici par le circuit complet du flux partiel d'eau de refroidissement C', refroidit le cylindre dans la zone de la paroi du cylindre. Le flux partiel d'eau de refroidissement B' respectif, qui est guidé dans la direction transversale à travers la culasse 1, refroidit la soupape d'admission 11 et le siège annulaire associé à ladite soupape. Le flux partiel d'eau de refroidissement A' est séparé de telle sorte 30 que le flux partiel d'eau de refroidissement B' représente 80 % de celui- ci et le flux partiel d'eau de refroidissement C' représente 20 % du flux partiel d'eau de refroidissement A'. Le flux partiel d'eau de refroidissement B' et le flux partiel d'eau de refroidissement C' se réunissent dans le carter 3 pour former le flux d'eau de refroidissement D. Ledit flux d'eau de refroidissement D parvient soit, si le thermostat 12 est ouvert, directement à nouveau vers la pompe 9 pour être acheminé à nouveau directement vers la culasse 1, soit, si le thermostat 12 est fermé, l'eau de refroidissement chauffée est refroidie par des organes divers, tels qu'un système de chauffage 13 pour l'habitacle du véhicule à travers lequel sont acheminés les flux d'eau de refroidissement E et F ou un radiateur 14 du véhicule à travers lequel ceux-ci sont guidés pour être acheminés ensuite vers la pompe 9 en vue de guider l'eau de refroidissement refroidie vers les culasses 1. Le concept de refroidissement par flux transversal décrit selon l'invention permet donc pour tous les cylindres un refroidissement uniforme et optimal des soupapes d'échappement et des sièges annulaires des soupapes d'échappement du moteur, en outre des canaux d'admission et des soupapes d'admission montées à cet emplacement, ainsi que des sièges annulaires de celles-ci, enfin des bougies d'allumage montées dans la zone de la chambre de combustion, des injecteurs pour l'injection indirecte d'essence, ainsi que du carter. 100 % du flux d'eau de refroidissement circulent d'abord le long des zones chaudes dans la zone de la soupape d'échappement et de son siège annulaire dans la culasse et ensuite est effectuée la séparation du flux guidé à travers la culasse et vers le carter dans un rapport de 80 %/20 % environ. Il s'ensuit un meilleur refroidissement du carter dans la zone de son couvercle sous l'effet d'un afflux contrôlé au moyen d'une ailette de déviation dans la partie supérieure chaude de la paroi supérieure du carter. Il est possible d'obtenir une grande rigidité du noyau de la culasse. Compte tenu de la vitesse élevée du flux contrôlé du liquide de refroidissement dans le secteur des zones fortement sollicitées thermiquement de la culasse et du carter, il en résulte une transition de chaleur optimale. Le concept de refroidissement permet une configuration stable de l'ensemble du système de refroidissement par rapport à des variantes à cylindrée unitaire.5 REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne avec une culasse (1) et un carter de vilebrequin (3), le moteur comportant des cylindres juxtaposés dans le sens longitudinal de la culasse (1) et du carter de vilebrequin (3), la culasse (1) comportant des canaux d'admission pour l'air de combustion et des canaux de sortie pour les gaz d'échappement, ainsi que des sièges annulaires pour des soupapes d'admission et des soupapes d'échappement, des zones chaudes (7) étant formées dans la culasse (1) dans la zone des soupapes d'échappement et des sièges annulaires des soupapes d'échappement, et des canaux de circulation pour un liquide de refroidissement étant formés dans la culasse (1) et dans le carter (3), le liquide de refroidissement étant acheminé en totalité vers la culasse (1), le liquide de refroidissement étant transporté dans la direction transversale (X) de la culasse (1) et une partie du liquide de refroidissement étant acheminée vers le carter (3), caractérisé en ce que le liquide de refroidissement est acheminé en totalité (flux d'eau de refroidissement A) vers la culasse (1) dans le secteur des zones chaudes (7), à partir de là, une partie (flux d'eau de refroidissement B) du liquide de refroidissement est transportée à travers la culasse (1) dans la direction transversale (X) de celle-ci et la partie restante (flux d'eau de refroidissement C) du liquide de refroidissement est acheminée vers le carter (3). 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie (flux d'eau de refroidissement B) du liquide de refroidissement, qui est guidée à partir des zones chaudes (7) à travers la culasse (1) dans la direction transversale (X) de celle-ci, est transportée dans la zone des sièges annulaires des soupapes d'échappement. 9 3. Moteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un volume proportionnel de zéro à 30 % environ du liquide de refroidissement est transporté à travers le carter (3). 4. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que des dispositifs de déviation, destinés à dévier le flux partiel (C) du liquide de refroidissement dans le carter (3), sont réalisés dans la culasse (1) et/ou dans le carter (3). 5. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que dans le carter sont réalisés des dispositifs de déviation (8), destinés à dévier le flux partiel (C) du liquide de refroidissement dans la direction transversale (X) du carter (3). 6. Moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les dispositifs de déviation (8) dans le carter (3) sont réalisés sous la forme d'ailettes de déviation (8) réalisées par la technique de moulage dans le carter (3). 7. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le flux partiel (C) de liquide de refroidissement, transporté à travers le carter (3), est guidé dans la direction transversale (X) du carter (3). 8. Moteur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'une partie importante du flux partiel (C), guidé à travers le carter (3), est transportée dans la zone du carter (3) adjacente à la culasse (1).