Brevet FR2957633A1 — publié le 20110923

CULASSE DE MOTEUR THERMIQUE [0001] La présente invention concerne une culasse de moteur thermique avec un circuit de refroidissement amélioré, notamment au niveau des zones 5 situées à proximité des sièges de soupapes d'échappement. [0002] Le refroidissement de la culasse d'un moteur thermique est souvent réalisé à l'aide d'un fluide caloporteur circulant dans des cavités aménagées dans la culasse. Le fluide caloporteur est en général à base de glycol et est généralement désigné par de l'eau et la circulation du fluide est effectué à 10 l'aide d'une pompe, habituellement appelée pompe à eau. [0003] La culasse présente des zones plus chaudes que d'autres, qui nécessitent donc un refroidissement plus important. C'est notamment le cas des zones situées à proximité des sièges des soupapes d'échappement. Il faut alors s'assurer que le débit de l'eau refroidissant ces zones est suffisant. 15 [0004] Afin d'améliorer l'efficacité de refroidissement d'un moteur thermique, le brevet US6962131 propose une culasse comprenant une conduite latérale de fluide caloporteur pour le refroidissement des cylindres. La section de passage du fluide dans ladite conduite est uniforme ce qui ne garantit pas un bon refroidissement de toutes les zones à refroidir. 20 [0005] La présente invention concerne une culasse qui comprend des moyens permettant de mieux refroidir les zones chaudes de la culasse. [0006] De façon plus précise l'invention propose une culasse de moteur thermique munie de sièges de soupapes d'échappement, ladite culasse étant refroidie par un fluide caloporteur circulant à l'aide d'une pompe et 25 comportant un canal de refroidissement de zones de la culasse situées à proximité desdits sièges de soupapes d'échappement, des passages faisant communiquer ledit canal avec des cavités proches desdites zones ou en contact avec celles-ci, ledit fluide caloporteur pénétrant dans ledit canal par une entrée communiquant avec ladite pompe pour circuler dans ledit canal, 30 dans lesdits passages et dans lesdites cavités. Selon l'invention, la section de passage dudit fluide dans ledit canal est variable de sorte que le débit dudit fluide dans ledit canal soit sensiblement identique dans ledit canal. [0007] Ladite section de passage du fluide peut aller en diminuant en s'éloignant de l'entrée du fluide dans ledit canal. [0008] La culasse peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : • elle comporte deux sièges de soupape d'échappement par cylindre; • ledit canal est situé entre lesdits sièges de soupapes d'échappement; • ledit canal a la forme d'un serpentin; • des moyens, tel qu'un déflecteur, sont placés en amont de ladite entrée dudit canal pour diriger le fluide en partie vers ledit canal; • ledit déflecteur peut avoir approximativement la forme d'un prisme triangulaire muni d'une arête centrale et de deux cotés en forme de parallélogramme; • ledit fluide caloporteur est dévié par l'un des cotés du prisme; • la culasse peut comporter des collecteurs d'échappement intégrés. [0009] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés et sur lesquels : • la figure 1 montre en vue de dessus éclatée un mode de réalisation d'une culasse conforme à l'invention; • la figure 2 représente en vue de dessous éclatée le même mode de réalisation que celui représenté sur la figure 1; • la figure 3 montre une partie de la culasse selon un plan de coupe vertical au niveau des logements des bougies; • la figure 4 est un agrandissement de la figure 3 au niveau de la zone refroidie à l'aide du serpentin; • la figure 5 représente en vue éclatée et en détails la partie intérieure de la culasse qui comprend un déflecteur; et • la figure 6 représente la culasse (en partie) en coupe verticale au niveau du canal de refroidissement, afin de montrer les variations de section de passage du fluide caloporteur. [0010] Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. [0011] Le mode de réalisation de l'invention qui va être décrit en regard des figures 1 à 6 concerne une culasse à trois cylindres et avec des collecteurs d'échappement intégrés. L'invention n'est pas limitée à ces caractéristiques et peut s'appliquer à des culasses comportant un autre nombre de cylindres (quatre, cinq ou six par exemple) et les collecteurs d'échappement peuvent ne pas être intégrés à la culasse. [0012] Sur la figure 1 qui représente une culasse 10 en vue de dessus et éclatée, ladite culasse comporte trois paires de conduits d'admission 12, 14 et 16 (la culasse 10 étant destinée à un moteur thermique muni de deux soupapes par cylindre), trois logements de bougie 18, 20 et 22, un collecteur d'échappement 24 intégré à la culasse 10 et des descentes d'huile 26 et 28. [0013] La culasse est refroidie à l'aide d'un liquide réfrigérant (appelé par la suite de l'eau) mis en circulation par une pompe, appelée habituellement pompe à eau (non représentée). L'eau pénètre dans la culasse par une entrée 30, une partie partant sous les conduits d'admission (flèche 32), l'autre partie de l'eau étant dirigée vers le centre de la culasse (flèche 34). Cette dernière partie d'eau circule vers une zone centrale 35 de la culasse comportant les logements de bougies 18, 20, 22 (flèche 36), vers le collecteur d'échappement (flèches 38 et 40) et vers l'entrée 42 (flèche 44) d'un canal 46 de circulation d'eau, le canal n'étant pas visible sur la figure 1 mais sur la figure 2. Un déflecteur 70 dirige une partie de l'eau vers l'entrée 42. [0014] Sur la figure 2 qui représente une vue éclatée et de dessous de la culasse, on distingue l'entrée 42 du canal 46 et les sièges de soupapes d'échappement 48a, 48b, 50a, 50b et 52a, 52b (il y a deux soupapes d'échappement par cylindre). Le canal 46 a la forme d'un serpentin de façon à s'approcher au plus près des zones à refroidir, ces zones étant situées à proximité des sièges des soupapes d'échappement 48, 50 et 52 et plus spécialement entre les sièges des soupapes d'échappement. La culasse est percée de trois passages 54, 56 et 58, visibles également sur la figure 1. Chacun de ces passages met en communication le serpentin 46 avec une cavité 60 proche d'une zone à refroidir (une seule cavité 60 sur les trois cavités étant visible sur les figures 3 et 4). Après avoir refroidi les zones proches des cavités 60, l'eau est prise dans l'écoulement général de la circulation d'eau refroidissant les conduits et le fond des chambres de combustion. L'eau ressort, de façon classique, par le boitier de sortie d'eau (non représenté). [0015] La figure 3 est une vue en coupe de la culasse au niveau du logement de bougie 18. La figure 4 est un agrandissement de la partie 62 de la figure 3, limitée par un ovale 62 et représentée en pointillés. Sur ces figures 3 et 4, on distingue une zone à refroidir 60, l'échappement 24, le serpentin 46, l'un 58 des trois perçages d'alimentation d'eau vers la cavité 60 située entre les sièges de soupapes d'échappement d'un même cylindre et un nez de bougie 64, ce nez et l'espace entre lesdits sièges constituant des zones à refroidir. Le collecteur d'admission 16 est visible en partie sur la figure 3. [0016] Des moyens 70 sont placés en amont de l'entrée 42 du canal 46 pour diriger le fluide réfrigérant en partie vers le canal 46. Ces moyens sont représentés en détails sur la figure 5 qui montre la partie de la culasse qui comporte lesdits moyens 70 et l'entrée 42 du canal 46. Lesdits moyens comportent un déflecteur 70 qui a sensiblement la forme d'un prisme triangulaire muni d'une arête centrale 72 et de deux cotés 74 et 76 en forme de parallélogramme. L'arête 72 est dirigée de façon à faire face au flux d'eau. Une partie de l'eau en provenance de l'amont du déflecteur 70 est détournée par la paroi 76 du déflecteur vers l'entrée 42 du canal 46. La partie d'eau non détournée par le déflecteur peut s'écouler au dessus et en dessous du déflecteur et entre la paroi 74 du déflecteur et la paroi 78 de la culasse. [0017] La figure 6 représente la culasse 10 en coupe verticale au niveau du canal 46. On distingue l'entrée d'eau 42 dans le canal 46, les passages 54, 56 et 58 reliant le canal 46 aux cavités 60. Selon l'invention, la section de passage de l'eau dans le canal 46 est variable, au moins pour une partie dudit canal, de sorte que le débit d'eau soit sensiblement constant dans ledit canal 46, dans les passages 54, 56 et 58 et dans les cavités 60. A titre d'exemple, pour le mode de réalisation représenté sur la figure 6, la section de passage du canal 46 est sensiblement constante du passage 54 au passage 56 et va en diminuant progressivement du passage 56 vers le passage 58. Ladite section de passage est tout d'abord invariable depuis ladite entrée du fluide, puis diminue progressivement jusqu'à l'extrémité du canal opposée à ladite entrée. Entre les passages 56 et 58 le canal a sensiblement la forme d'un tronc de cône dont l'angle au sommet 80 est voisin de 5° le sommet est approximativement un ce rcle de diamètre 3 mm environ et la base approximativement un cercle de diamètre 6,8 mm environ. Entre les passages 54 et 56, le canal 46 a sensiblement la forme d'un cylindre de diamètre 6,8 mm environ. [0018] Des simulations de débits d'eau dans le canal 46, dans les passages 58 et dans les cavités 60 proches des zones à refroidir, ont été effectuées. Ces simulations ont montrées que lesdits débits d'eau sont sensiblement identiques lorsque la section de passage dans le canal 46 est variable alors qu'avec une section de passage constante le débit d'eau à l'entrée 42 est insuffisant. [0019] D'autres modes de réalisation que ceux décrits et représentés peuvent être conçus par l'homme du métier sans sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, le nombre de cylindres du moteur thermique peut être différent de trois et les collecteurs d'échappement peuvent ne pas être intégrés à la culasse. REVENDICATIONS1. Culasse de moteur thermique (10) munie de sièges de soupapes d'échappement (48, 50, 52), ladite culasse étant refroidie par un fluide caloporteur circulant à l'aide d'une pompe et comportant un canal de refroidissement (46) des zones de la culasse situées à proximité desdits sièges de soupapes d'échappement, des passages faisant communiquer ledit canal avec des cavités proches desdites zones, ledit fluide caloporteur pénétrant dans ledit canal (46) par une entrée (42) communiquant avec ladite pompe pour circuler dans ledit canal, dans lesdits passages et dans lesdites cavités (35), la culasse étant caractérisée en ce que la section de passage dudit fluide dans ledit canal est variable, au moins dans une partie dudit canal, de sorte que le débit dudit fluide dans ledit canal soit sensiblement identique dans ledit canal. 2. Culasse selon la revendication 1 caractérisée en ce que ladite section de passage du fluide va en diminuant en s'éloignant de l'entrée du fluide dans ledit canal. 3. Culasse selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisée en ce que ladite section de passage est tout d'abord invariable depuis ladite entrée du fluide, puis diminue progressivement jusqu'à l'extrémité du canal opposée à ladite entrée. 4. Culasse selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comporte deux sièges de soupapes d'échappement (48a, 48b; 50a, 50b; 52a, 52b) par cylindre. 5. Culasse selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que ledit canal (46) est situé entre lesdits sièges de soupapes d'échappement. 6. Culasse selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que ledit canal (46) a la forme d'un serpentin. 7. Culasse selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (70) placés en amont de ladite entrée (42) dudit canal (46) pour diriger ledit fluide en partie vers ledit canal. 8. Culasse selon la revendication 7 caractérisée en ce que lesdits moyens (70) comportent un déflecteur (70). 9. Culasse selon la revendication 8 caractérisée en ce que ledit déflecteur (70) a approximativement la forme d'un prisme triangulaire muni d'une arête centrale (72) et de deux cotés (74, 76) en forme de parallélogramme. 10. Culasse selon la revendication 9 caractérisée en ce que ladite arête centrale (72) du prisme est dirigée de façon à faire face au flux d'eau. 11. Culasse selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comporte des collecteurs d'échappement (24) intégrés à la culasse (10).15