Brevet FR3052258A1 — publié le 20171208

VISUALISATION DU DÉGAZAGE DU CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT MOTEUR [0001] L'invention se rapporte à un système et à un procédé de visualisation destiné à évaluer le dégazage de circuit de refroidissement à eau d'un moteur à combustion interne, en particulier d'un moteur pour véhicule automobile mais aussi de moteurs industriels (génératrices, groupe de motorisation frigorifique, engins de chantier, etc.). L'invention concerne le domaine des essais d'architecture de ces moteurs. Parmi ces essais d'architecture moteur, l'évaluation du dégazage du circuit de refroidissement de la culasse du moteur est l'un des plus importants. [0002] En effet, du gaz - de l'air par exemple - peut régulièrement apparaitre dans le circuit de refroidissement du moteur, un tel circuit comprenant plus précisément des conduits et de cavités appelées noyaux encore appelés chambres d'eau. Ces bulles de gaz restent donc parfois coincées dans les noyaux d'eau se trouvant dans la culasse. Il est important que ces conduits et noyaux d'eau puissent être aisément purgés, par un dégazage, des bulles d'air qui risquent de s'y insérer et de s'y fixer. Les noyaux d'eau sont en général proches des chambres de combustion du moteur, et la présence de bulles de gaz dans ces noyaux d'eau entrave les échanges thermiques du refroidissement et la défaillance du système de refroidissement qui s'en suit peut alors avoir de graves conséquences sur le moteur. [0003] II est également souhaitable de pouvoir tester des moteurs au stade de leur essai pour vérifier, dans le circuit de refroidissement, l'absence de bulles d'air ou, en cas de présence, leur facilité d'évacuation au cours d'un dégazage. [0004] Concernant plus particulièrement la visualisation du dégazage du circuit de refroidissement d'eau au sein de la culasse, elle peut aussi être réalisée au moyen d'une culasse transparente remplaçant la culasse métallique d'un moteur, et fixée sur le carter du moteur en étude. On obtient alors un moteur avec un circuit d'eau complet incluant des noyaux d'eau dans la zone de la culasse. 3052258 2 [0005] Actuellement, la visualisation de l'évolution de la combustion à l'intérieur des chambres de combustion est réalisée en utilisant le logement de la bougie d'allumage pour y placer un endoscope, comme illustré par exemple dans les documents de brevet EP0385321 et DE19952240. Une variante est proposée 5 dans le document W00140753 avec l'ajout d'alésages pour placer plusieurs outils de visualisation dans une chambre de combustion d'un moteur. [0006] Cependant ces méthodes proposées ne concernent que l'observation de la combustion dans une chambre de combustion d'un moteur, et non directement l'observation du dégazage dans le circuit de refroidissement. 10 [0007] Le moteur équipé de sa culasse transparente est alors placé sur un banc hydraulique qui reproduit les conditions de circulation de liquide de refroidissement - en termes de : débit, pression, et teneur en gaz dissous - dans le moteur étudié. La visualisation de la rétention des poches d'air dans le noyau est réalisable au travers de la culasse transparente. 15 [0008]Avec une mesure de ce dégazage réalisée hors de la culasse, il est donc difficile d'observer exactement l'évolution du dégazage au sein d'un moteur, malgré l'utilisation d'une culasse transparente. [0009] L'invention vise à s'affranchir de ces inconvénients, en particulier de l'utilisation d'une culasse transparente qui mobilise un grand nombre d'heures. 20 Pour ce faire, l'invention prévoit d'observer les poches d'air dans les noyaux d'eau à partir des puits formés dans la culasse pour accueillir les bougies d'allumage. [0010] Plus précisément, la présente invention a pour objet un système de visualisation destiné à évaluer le dégazage d'un circuit de refroidissement à eau d'une culasse de moteur rotatif à combustion interne comportant un dispositif 25 d'observation disposé dans au moins un puits de la culasse débouchant dans une chambre de combustion du moteur et apte à visualiser des noyaux d'eau du circuit de refroidissement. Dans ce système de visualisation, un cylindre translucide creux équipé du dispositif d'observation est positionné dans au moins un desdits puits élargi par forage de sorte que ce cylindre communique avec au moins un 30 noyau d'eau, le diamètre intérieur du puits élargi étant sensiblement égal au diamètre extérieur du cylindre translucide. 3052258 3 [0011]On comprend par « translucide » un matériau apte à laisser passer suffisamment de lumière visible, et présentant notamment une transmission lumineuse d'au moins 50 %, et même d'au moins 80%. 5 [0012] Selon des modes de réalisation particulièrement avantageux : - le cylindre translucide est constitué d'un matériau en verre organique présentant un niveau de translucidité suffisamment faible pour permettre une détection de formes par le dispositif d'observation, afin de suivre l'évolution du dégazage; 10 - au moins un joint torique d'étanchéité est agencé entre le cylindre translucide et la paroi du puits élargi ; - alternativement, un joint liquide, en particulier un joint de colle assure l'étanchéité entre le cylindre translucide et le puits élargi; - le cylindre translucide est fixé par une bride sur la partie extérieure de la 15 culasse ; - alternativement, ce cylindre translucide est fixé par un moyen de solidarisation choisi entre des moyens de collage, de vissage et de soudage thermique; - le dispositif d'observation est choisi entre une sonde endoscopique, une 20 caméra de prise de vues, et un enregistreur vidéo. [0013] L'invention se rapporte également à un procédé de visualisation de dégazage utilisant un tel système de visualisation. Ce procédé comporte les étapes suivantes : - détermination du diamètre et de la longueur d'au moins un forage de 25 puits de moyen d'allumage ou d'injection d'une culasse de moteur rotatif à combustion interne pour réaliser un forage suffisamment élargi de ce puits et atteindre un noyau d'eau d'un circuit de refroidissement du moteur, ces noyaux étant agencés à proximité dudit puits; - forage du puits élargi selon cette détermination ; 30 - insertion ajustée dans le puits élargi du cylindre translucide creux du système de visualisation; 3052258 4 - insertion du dispositif d'observation du système de visualisation dans le cylindre translucide; - mise en place de la culasse sur un banc hydraulique qui reproduit les conditions de circulation d'eau en termes de débit, pression et teneur en gaz de 5 l'eau. [0014] Selon des mises en oeuvre avantageuses : - la culasse, dont au moins un puits a été élargi par forage puis équipé d'un cylindre translucide, est disposée sur un carter moteur, l'ensemble culasse et carter moteur étant ensuite placé sur le banc hydraulique ; 10 - insertion d'une source de lumière dans au moins un cylindre translucide pour faciliter la visualisation des noyaux d'eau par les dispositifs d'observation insérés dans le (ou les) autre(s) cylindre(s) ; - le (chaque) dispositif d'observation est entraîné en rotation sur lui-même pour visualiser le noyau d'eau; 15 - la visibilité des bulles d'air est améliorée par une coloration de l'eau et/ou d'un revêtement intérieur des noyaux d'eau. [0015] Dans le présent texte, les qualificatifs « interne », « externe » ou « supérieur » se réfèrent à la position d'éléments ou à des mesures relatives à un équipement en utilisation standard, en particulier la culasse de moteur. Sur les 20 figures, des éléments identiques sont repérés par un même signe de référence qui renvoie aux passages qui le décrive(nt). [0016]D'autres données, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description non limitée qui suit, en référence aux figures annexées qui représentent, respectivement : 25 - la figure 1, une vue en coupe d'une partie de culasse de moteur comportant un puits de bougie ; - la figure 2, la vue en coupe de la figure 1, sur laquelle est visualisé le forage pour élargir le puits de bougie; - la figure 3, une vue en coupe de la partie de culasse de la figure 2, 30 comportant le puits de bougie une fois élargi par le forage et un cylindre translucide ajusté dans le puits élargi ; 3052258 5 - la figure 4, une vue en perspective de la culasse selon les figures précédentes lors de l'insertion de dispositifs d'observation; et - la figure 5, une vue en coupe la partie de culasse selon la figure 3 avec un exemple de système de visualisation selon l'invention comportant une sonde 5 endoscopique. [0017] La partie agrandie de la culasse de moteur 3 illustrée sur la vue en coupe de la figure 1 est centrée sur un puits de bougie 1 d'axe X'X qui communique avec la chambre de combustion 5 du moteur « M ». Le circuit de refroidissement de la culasse 3 comporte notamment sur la figure deux noyaux 10 d'eau 2 internes à la culasse 3 du moteur, disposés à proximité du puits de bougie 1. [0018] La vue en coupe de la figure 2 reporte sur la figure 1 la trace 20 du forage réalisé dans le cadre de l'invention. Le puits élargi 22 ainsi formé par une machine de forage appropriée, qui a pour limite la trace 20 dans le plan de la 15 figure, est dimensionné pour traverser des zones 21 du noyau 2 afin de rendre directement accessibles leur observation par un dispositif 44 (cf. figure 5) introduit dans ce puits élargi 22. Ainsi, le forage du puits élargi rend observable le dégazage du circuit de refroidissement de la culasse lors d'essais ultérieurs sur le banc. 20 [0019] La vue en coupe de la figure 3 présente l'étape suivante d'insertion d'un cylindre translucide 30 dans le procédé de visualisation selon l'invention. Cette figure 3 reprend la vue en coupe de la partie de culasse 3 de la figure 2 dans laquelle un cylindre translucide 30, présentant un diamètre extérieur sensiblement égal au diamètre intérieur du puits élargi 22, est inséré de manière 25 ajustée dans ce puits 22. [0020] Le cylindre translucide 30 est constitué d'un verre organique en Plexiglass®. Le niveau de translucidité du cylindre 30 est suffisamment faible pour que des formes de bulles d'air dans le noyau d'eau 2 soient détectables par un dispositif d'observation 44 (cf. figure 5) introduit dans l'espace libre « C », ce qui 30 permet ainsi de suivre l'évolution d'un dégazage. Ce cylindre translucide 30 ferme 3052258 6 alors le noyau 2 à la place des deux zones 21 (cf. la figure 2) pour reconstituer un circuit de refroidissement fermé. [0021 ] De plus, deux joints toriques 31 en caoutchouc synthétique assurent l'étanchéité entre le cylindre translucide 30 et le puits élargi 22. 5 Alternativement, l'étanchéité peut être assurée par un joint de colle, plus généralement un joint liquide, agencé entre les parois extérieures du cylindre translucide 30 et les parois intérieures du puits élargi 22. Le cylindre translucide 30 est fixé sur la partie supérieure de la culasse 3 par une bride 40 maintenue par deux vis 41, dont une seule est visible sur cette figure 3. 10 [0022] La figure 4 présente une étape ultérieure dans le procédé de visualisation dédiée à l'observation du dégazage. Cette figure 4 présente une vue en perspective de la culasse 3 au moment de l'insertion de deux dispositifs 43 et 44 dans les cylindres translucides 30 correspondant, respectivement une source lumineuse 43 et une sonde endoscopique 44. Cette vue en perspective illustre 15 également la présence des brides 40, maintenues fixées chacune par deux vis 41 et permettant de fixer les cylindres translucides 30 en place. Alternativement, les cylindres translucides 30 peuvent être fixés par collage, vissage, soudage thermique ou équivalent. Un trou 42 est agencé au milieu de chaque bride 40 pour le passage des dispositifs 43 et 44. 20 [0023]Afin d'illustrer l'étape d'observation du procédé de visualisation du dégazage selon l'invention, la vue en coupe de la figure 5 reprend celle de la figure 3 une fois la sonde endoscopique 44 mise en place dans le cylindre translucide 30. Le cylindre translucide 30 tel que positionné et la sonde endoscopique 44 forment un exemple de système de visualisation selon 25 l'invention. [0024] Cette sonde endoscopique 44 est mobile pour pouvoir tourner sur elle-même (flèche F) et fournir une observation complète du noyau d'eau 2 par un balayage circulaire. Les deux zones de visualisation référencées 50 sur la figure 5 représentent schématiquement une coupe de la zone de visualisation circulaire 30 que la sonde endoscopique 44 balaye au cours du temps pour surveiller le dégazage dans le noyau 2. 3052258 7 [0025]Alternativement, le dispositif d'observation est une caméra vidéo de prise de vues, un enregistreur vidéo, ou tout appareil vidéo équivalent. Un exemple de réalisation avantageux de système d'observation comporte une sonde endoscopique dans un puits élargi et une source lumineuse dans le puits élargi 5 voisin afin d'éclairer la zone de visualisation observée par la sonde endoscopique. La visibilité des bulles d'air est améliorée par la coloration de l'eau et/ou du revêtement intérieur des noyaux d'eau. [0026] L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés. Ainsi, d'autres zones de visualisation peuvent être définies en 10 agrandissant par forage d'autres puits, comme des puits de bougie de préchauffage ou d'injection pour un moteur diesel, ou des passages de soupape. REVENDICATIONS1. Système de visualisation destiné à mesurer le dégazage d'un circuit de refroidissement à eau d'une culasse (3) de moteur rotatif à combustion interne comportant un dispositif d'observation disposé dans au moins un puits (22) de la culasse (3) débouchant dans une chambre de combustion (5) du moteur et apte à visualiser des noyaux d'eau (2) du circuit de refroidissement, caractérisé en ce que, dans ce système de visualisation, un cylindre translucide creux (30) équipé du dispositif d'observation (44) est positionné dans au moins un desdits puits (22) élargi par forage de sorte que ce cylindre (30) communique avec au moins un noyau d'eau (2), le diamètre intérieur du puits élargi (22) étant sensiblement égal au diamètre extérieur du cylindre translucide (30). 2. Système de visualisation selon la revendication 1, dans lequel le cylindre translucide (30) est constitué d'un matériau en verre organique présentant un niveau de translucidité suffisamment faible pour permettre une détection de formes par le dispositif d'observation, afin de suivre l'évolution du dégazage. 3. Système de visualisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins un joint torique (31) d'étanchéité est agencé entre le cylindre translucide (30) et la paroi du puits élargi (22). 4. Système de visualisation selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel un joint liquide, en particulier un joint de colle assure l'étanchéité entre le cylindre translucide (30) et le puits élargi (22). 5. Système de visualisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le cylindre translucide (30) est fixé par une bride (40) sur la partie extérieure de la culasse (3). 6. Système de visualisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le cylindre translucide (30) est fixé par un moyen de solidarisation choisi entre des moyens de collage, de vissage et de 30 soudage thermique. 3052258 9 7. Système de visualisation défini selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif d'observation est choisi entre une sonde endoscopique (44), une caméra de prise de vues, et un enregistreur vidéo. 5 8. Procédé de visualisation de dégazage utilisant le système de visualisation défini selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - détermination du diamètre et de la longueur d'au moins un forage (20) de puits (1) de moyen d'allumage ou d'injection d'une culasse de moteur rotatif à 10 combustion interne pour réaliser un forage (22) suffisamment élargi de ce puits et atteindre des noyaux d'eau (2) d'un circuit de refroidissement du moteur, ces noyaux (2) étant agencés à proximité dudit puits (22); - forage du puits élargi (22) selon cette détermination ; - insertion ajustée dans le puits élargi (22) du cylindre translucide (30) creux du 15 système de visualisation ; - insertion du dispositif d'observation (44) du système de visualisation dans le cylindre translucide (30); - mise en place de la culasse (3) sur un banc hydraulique qui reproduit les conditions de circulation d'eau en termes de débit, pression et teneur en gaz de 20 l'eau. 9.Procédé de visualisation selon la revendication précédente, dans lequel la culasse (3), dont au moins un puits (22) a été élargi par forage puis équipé d'un cylindre translucide (30), est disposée sur un carter moteur, l'ensemble culasse et carter moteur étant ensuite placé sur le banc hydraulique. 25 10. Procédé de visualisation selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, dans lequel le dispositif d'observation est entraîné en rotation sur lui-même pour visualiser les noyaux d'eau (2).