Brevet FR3053400A1 — publié le 20180105

JOINT DE CULASSE AVEC GOUTTIERE DE REFROIDISSEMENT Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un carter cylindre d'un moteur thermique ainsi qu'un ensemble carter cylindre, culasse et joint de culasse. L'invention concerne également un moteur thermique comprenant l'ensemble carter cylindre, culasse et un joint de culasse ainsi qu'un véhicule comprenant un tel moteur thermique. L'invention concerne aussi un système de refroidissement du moteur thermique ainsi qu'un procédé de refroidissement de ce moteur. Etat de la technique Dans l'état de l'art, les moteurs thermiques sont formés de pièces de fonderie telles qu'une culasse et un carter cylindre ou bloc-cylindres et comprennent un système de refroidissement qui vise à réguler leur température afin d'améliorer le rendement énergétique de la combustion et de réduire la proportion de gaz toxiques s'échappant du véhicule. La culasse en comportant des soupapes en mouvement et des injecteurs de carburant, et le carter en comprenant des pistons en déplacement dans des cylindres, font généralement l'objet de sollicitations thermiques importantes produites lors de la combustion réalisée dans l'enceinte de ces cylindres. Afin de réguler la température de ces moteurs, les systèmes de refroidissement comprennent des chambres, autrement appelés noyau d'eau, dans lesquelles circule un fluide de refroidissement tel que de l'eau. De telles chambres sont définies dans la culasse et le carter cylindre. 3053400 2 Dans ces moteurs thermiques, la culasse comprend une ou plusieurs chambres et le carter cylindre une seule chambre. Ces chambres sont définies pour entourer dans le cas de la culasse les sommets de chacun 5 des cylindres du moteur et dans le cas du carter la paroi latérale de chaque cylindre sur toute leur hauteur. Cependant, de tels systèmes de refroidissement ont pour inconvénient majeur de réaliser un refroidissement de même nature sur toutes les 10 parties du carter cylindre alors que les sollicitations thermiques ne sont pas les mêmes pendant la combustion sur toute la hauteur d'un cylindre, notamment lorsque le piston dans chacun de ces cylindres est en position haute, autrement connu sous l'acronyme PMH (Point Mort Haut) ou en position basse, également désignée par l'acronyme PMB (Point Mort Bas). 15 De ce fait, de tels systèmes de refroidissement sont souvent à l'origine de la génération de déformations hétérogènes sur toute la hauteur des cylindres par dilatation thermique. De telles déformations induisent alors une augmentation de la consommation d'huile et de gaz de combustion du 20 fait que l'étanchéité entre les pistons et les cylindres n'est plus assurée, notamment par une usure prématurée des segments qui sont susceptibles d'assurer cette étanchéité. De ce fait, les moteurs thermiques peuvent comporter un carter cylindres 25 comprenant deux circuits de refroidissement, un premier circuit pour refroidir la partie basse du carter cylindres et un second circuit pour refroidir la partie haute du carter cylindres notamment au niveau d'une face feu entre ledit carter-cylindres et la culasse. Un inconvénient est que le carter-cylindres comporte deux circuits de refroidissement ce qui augmente la complexité dudit carter. 3053400 3 Un autre inconvénient est que chacun des deux circuits de refroidissements du carter cylindres nécessitent une régulation différente par des vannes de contrôle desdits circuits, ce qui augmente ainsi le nombre de vannes de contrôle et complexifie également la procédure de 5 régulation déroulée par une unité de contrôle ou « ECU ». La publication FR14c57852-Al divulgue ainsi un carter cylindres comprenant deux circuits de refroidissement dont un premier circuit pour la partie basse dudit carter cylindres et un second circuit de 10 refroidissement pour la partie haute dudit carter comprenant la face feu de connexion avec la culasse. Les deux circuits sont contrôlés à l'aide de deux vannes de régulation pilotées par une unité de contrôle. Le carter est fort complexe à réaliser ou nécessite plusieurs éléments qui doivent être reliés ensemble tout en assurant une étanchéité. 15 La publication US005853175-Al divulgue un joint de culasse comportant des conduits de circulation de fluide de refroidissement en périphérie des fûts ou aux inter-fûts pour assurer le refroidissement de la culasse. L'agencement du conduit permet le refroidissement de la culasse par la 20 circulation d'Eau permanente du Carter-Cylindre. L'inconvénient est le refroidissement de la partie haute du carter-cylindres. Bref résumé de l'invention La présente invention a pour objet de remédier en tout ou partie aux 25 différents inconvénients cités précédemment. Avantageusement, l'invention permet d'améliorer le refroidissement des moteurs thermiques en les rendant plus efficaces aux niveaux des 3053400 4 différentes parties du carter cylindre, notamment les parties qui sont chargées thermiquement. Plus particulièrement, l'invention propose un moteur thermique de véhicule 5 automobile comprenant : - une culasse comportant un circuit de refroidissement de culasse, - un carter cylindres à tablature ouverte, comprenant au moins un fût cylindrique, et comprenant un circuit de refroidissement de carter cylindres indépendant du circuit de refroidissement de la culasse, 10 - un joint de culasse disposé entre la culasse et le carter cylindres, Caractérisé en ce que ledit joint comporte une protubérance entourant une au moins une ouverture traversante en vis-à-vis avec le au moins un fût cylindrique, s'étendant vers le carter cylindres et comportant un conduit de circulation de fluide refroidissement du circuit de refroidissement de la 15 culasse. De manière avantageuse, la protubérance autorise la circulation de fluide de réfroidissement venant du circuit de refroidissement de la culasse pour refroidir la partie haute du carter cylindres, ladite protubérance s'étendant vers ledit carter cylindres. De cette façon, la partie haute du carter cylindres 20 est refroidie par le circuit de refroidissement de la culasse notamment lors des démarrages du moteur nécessitant une montée en température de la partie basse du carter cylindres et un refroidissement de la partie haute. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, 25 - la protubérance est en contact avec le circuit de refroidissement du carter-cylindres. De manière avantageuse, la protubérance est en contact avec le circuit de refroidissement du carter cylindres pour permettre un refroidissement 30 optimal de la partie haute dudit carter cylindres notamment lors des phases de montée en température du moteur. 3053400 5 - la protubérance est logée dans une chambre d'eau du circuit de refroidissement du carter-cylindres. De manière avantageuse, ladite protubérance est logée une chambre 5 d'eau du carter cylindres pour éviter toute surépaisseur du joint de culasse entre la culasse et le carter cylindres. - le conduit de circulation de la protubérance est connecté avec le circuit de refroidissement de la culasse par une ouverture d'entrée et une 10 ouverture de sortie creusées dans une partie supérieure du joint de culasse en regard avec la culasse. De manière avantageuse, le conduit de circulation de la protubérance est connecté avec le circuit de refroidissement de la culasse par une ouverture 15 d'entrée et une ouverture de sortie creusée dans une partie supérieure du joint de culasse en regard avec la culasse pour permettre un écoulement du fluide refroidissement. Ledit conduit de circulation est alors partie du circuit de refroidissement de la culasse. 20 - la culasse comprend au moins un conduit débouchant dans l'ouverture d'entrée du joint de culasse et au moins un conduit connecté avec l'ouverture de sortie, les conduits étant connectés au circuit de refroidissement de la culasse. De manière avantageuse, la culasse comprend un premier conduit et un 25 deuxième conduit debouchant dans la partie basse de la culasse dans la surface de contact avec le joint de culasse, le premier conduit débouchant dans l'ouverture d'entrée dudit joint de culasse et le deuxième conduit étant connecté avec l'ouverture de sortie dudit joint, les deux conduits étant reliés au circuit de refroidissement de culasse. Ainsi le fluide de 30 refroidissement circulant dans le circuit de refroidissement de la culasse est apte à passer dans le circuit de la protubérance. 3053400 6 - le joint de culasse comprend une saillie annulaire entourant l'ouverture traversante en vis-à-vis avec le fût du carter cylindres. 5 De manière avantageuse, le joint de culasse comprend une plaque en contact avec le carter-cylindres et la protubérance est composée par une boursoufflure entourant le au moins un fût cylindrique s'étendant vers le carter cylindres depuis ladite plaque de joint de culasse. 10 Ladite boursoufflure peut être une saillie annulaire entourant l'ouverture traversante en vis-à-vis avec le au moins un fût du carter cylindres, ladite saillie autorise un écoulement du fluide de refroidissement issu du circuit de refroidissement de la culasse. 15 - ladite saillie annulaire est reçue dans un évidement annulaire dans le carter-cylindres entourant le au moins un fût cylindrique. De manière avantageuse, le carter cylindres comporte un évidement creusé entourant le au moins un fût cylindrique dans lequel est reçue la 20 saillie annulaire pour bien définir le refroidissement de la partie haute du carter cylindres. - la saillie comprend une feuille s'étendant depuis la plaque du joint de culasse et comportant une bordure cylindrique en appui étanche sur un 25 épaulement de l'évidement annulaire. De manière avantageuse, la saillie comprend une feuille avec une bordure circulaire entourant l'ouverture circulaire, ladite feuille s'étend depuis la plaque du joint de culasse vers le carter cylindres et comporte une bordure 30 circulaire en appui étanche sur un épaulement de l'évidement annulaire. 3053400 7 Ladite feuille forme alors une séparation entre le circuit de refroidissement de la culasse et le circuit de refroidissement du carter cylindres. - la saillie est fixée avec la plaque du joint de culasse par soudage. De manière avantageuse, la saillie peut être obtenue simplement par emboutissage puis assemblée avec la plaque du joint de culasse en contact avec le carter cylindre par soudage. La saillie peut être une gouttière sensiblement annulaire fixée à ladite plaque du joint de culasse. - la feuille en saillie est obtenue par emboutissage de la plaque du joint de culasse. De manière avantageuse, la feuille en saillie est obtenue facilement par 15 emboutissage de la plaque du joint de culasse. Un élément de plaque sensiblement annulaire permet alors l'étanchéité autour du fût cylindrique. - le profil de la saillie est dans une liste comprenant un coin rectangle et un arc de cercle. 20 Brève description des figures D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description d'un mode de réalisation préféré qui va suivre, en référence aux figures, réalisé à titre d'exemple indicatif et non limitatif : 25 la figure 1 représente une vue d'un joint de culasse les figures 2 et 3 représentent une vue en coupe transversale du joint de culasse disposé au-dessus du carter cylindres la figure 4 représente une vue schématique de coupe transversale d'un moteur par l'axe d'un cylindre. 5 10 3053400 8 Description détaillée des figures Dans la description, les termes « amont » et « aval » sont définis en fonction du sens du flux de circulation d'un fluide caloporteur ou de 5 refroidissement dans le système de refroidissement. Les termes haut/bas sont définis par rapport à un axe vertical orthogonal au plan du joint de culasse, la culasse étant disposée au-dessus dudit joint et le carter cylindres en dessous dudit joint. 10 De manière générale, un moteur thermique ou à combustion comprend une culasse 12 disposée au-dessus d'un carter cylindres 11 selon la figure 4. Il existe différents types de carter-cylindres et la description de l'invention porte sur les carter-cylindres à tablature ouverte ou « open-deck » en 15 anglais afin de faciliter la compréhension. Ledit carter-cylindres à tablature ouverte comprend un circuit de refroidissement 14c avec au moins une chambre d'eau 15 ouverte en partie supérieure, ladite chambre d'eau débouchant directement dans une surface supérieure de contact 13 du carter-cylindres 11 en regard avec la culasse 12. 20 Ladite chambre d'eau 15 entoure sensiblement au moins un fût cylindrique 16 dans lequel peut coulisser un piston (non représenté) selon un mouvement de va-et-vient. La chambre d'eau 15 est aussi sensiblement cylindrique comme représenté en figures 2 et 3 et présente une base 25 sensiblement annulaire sur la surface supérieure 13 du carter cylindre 11 de contact en regard avec la culasse 12. Cette chambre d'eau 15 est partie du circuit de refroidissement 14c du carter-cylindres 11. 3053400 9 La culasse 12 comporte au moins un toit de chambre 17 sensiblement conique qui est agencé au-dessus du fût cylindrique 16 dans le carter cylindres. Dans ledit toit de chambre, de manière connue sont disposés des orifices d'alimentation en air 18 et d'échappement de gaz brulés 19 5 contrôlés par des soupapes 20 ainsi qu'une tête d'injecteur 21 de carburant. Lors du fonctionnement du moteur, de l'air qui peut être un mélange d'air et de gaz brulés recyclés est admis dans une chambre de combustion 10 délimitée par le fût cylindrique 16 entre le piston et le toit de chambre 17 de la culasse, avec une injection de carburant. L'ensemble des gaz est comprimé par un mouvement de coulissement du piston vers le toit de chambre 17 pour entrainer ensuite une combustion qui a pour effet de repousser le piston vers le bas du carter-cylindres 11. Ladite combustion 15 entraine de hautes températures dans la chambre de combustion et notamment à proximité du toit de chambre 17 de la culasse, en particulier dans les orifices d'échappement de gaz brulés 19, ainsi que dans une partie haute 22 du carter-cylindres 11 entourant le au moins un fût cylindrique 16. 20 La culasse 12 nécessite donc un refroidissement rapide et efficace dès les premiers instants de démarrage du moteur. Le carter cylindre 11 et notamment la partie basse du carter cylindres bénéficie au contraire d'un refroidissement plus tardif pour autoriser une 25 montée en température des pièces en mouvement. Les circuits de refroidissement de la culasse 14a et du carter cylindres 14c peuvent donc être indépendants notamment lors des phases de démarrage dudit moteur. 30 Toutefois, la partie haute 22 du carter cylindres, proche du toit de chambre de la culasse est aussi le siège de hautes températures. Cette partie haute 3053400 10 22 siège de hautes températures peut être délimitée par exemple entre un point mort haut ou position haute maximale du piston (PMH) et la surface de contact 13 du carter-cylindres 11 avec la culasse 12. Cette partie haute 22 du carter cylindres nécessite donc également un refroidissement 5 efficace et rapide lors des phases de démarrage du moteur, sensiblement du même type que celui de la culasse. L'invention consiste donc à amener un refroidissement sensiblement identique au refroidissement de la culasse dans la partie haute 22 du 10 carter-cylindres qui est le siège de hautes températures, plus particulièrement dans des zones dudit carter 11 entourant le au moins un fût cylindrique 16 dans la partie haute 22 du carter-cylindres 11. Selon la figure 1, un joint de culasse 30 selon l'invention comprend au 15 moins une plaque 31 disposée entre la culasse 12 et le carter cylindre 11. Ladite plaque 31 comporte au moins une ouverture traversante 32 de révolution en vis-à-vis avec le fût cylindrique 16 du carter cylindre 11 et avec le toit de chambre 17. Cette au moins une ouverture traversante 32 permet la continuité de la chambre de combustion entre la tête de piston et 20 le toit de chambre 17. Le joint de culasse 30 comporte une protubérance 40 entourant la au moins une ouverture traversante 32 qui s'étend depuis la plaque 31 du joint de culasse vers le carter cylindres 11. Ladite protubérance 40 comporte un 25 circuit de refroidissement 33 qui entoure l'ouverture traversante 32 et qui connecté avec le circuit de refroidissement de la culasse 12. Le joint de culasse 30 comporte au moins une ouverture d'entrée 34 et au moins une ouverture de sortie 35 disposées de manière préférentielle de 30 manière préférentielle de manière diamétralement opposée par rapport à 3053400 11 l'axe de l'ouverture traversante 32. Lesdites ouvertures 34,35 sont connectées au circuit de refroidissement de la culasse 12. La culasse comprend ainsi un premier conduit 36 et un deuxième conduit 5 37 débouchant dans la partie basse de la culasse dans la surface de contact 23 de la culasse 12 en regard avec le joint de culasse 30, le premier conduit 36 débouchant dans l'ouverture d'entrée 34 dudit joint de culasse et le deuxième conduit étant connecté avec l'ouverture de sortie 35 dudit joint de culasse. Lesdits deux conduits sont reliés au circuit de 10 refroidissement de culasse. Ainsi le fluide de refroidissement circulant dans le circuit de refroidissement de la culasse est apte à passer dans le circuit 33 de la protubérance 40. Le circuit 33 de refroidissement de la protubérance 40 est donc partie du circuit de refroidissement 14a de la culasse 12. 15 Ainsi que représentée dans les figures 2 et 3, la protubérance 40 comporte une feuille montée en saillie 41 depuis la plaque 31 du joint de culasse vers le carter-cylindres 11. Ladite feuille 41 est sensiblement annulaire et présente à son extrémité inférieure tournée vers le carter-cylindres 11 une 20 bordure sensiblement circulaire 45 entourant l'ouverture traversante 32. Selon un premier mode réalisation préféré, la feuille en saillie 41 comporte une rondelle sensiblement cylindrique 42 entourant l'orifice d'entrée 34 et l'orifice de sortie 35. Elle est fixée par son extrémité supérieure à la plaque 25 31, de façon coaxiale avec l'ouverture traversante 32. Elle peut être partie de ladite plaque 31. Le diamètre extérieur de la feuille en saillie 41 est inférieur au diamètre extérieur de la chambre d'eau cylindrique 15 entourant le fût cylindrique 16 du carter cylindres 11. 30 Ladite rondelle cylindrique peut comporter une ouverture radiale (non représentée). Ainsi lorsque le carter cylindres 11 comporte plusieurs fûts 3053400 12 cylindriques 16, le joint de culasse comporte plusieurs rondelles cylindriques 42 dont les ouvertures radiales permettent un passage depuis l'intérieur d'une première rondelle cylindrique 42 à l'intérieur de la rondelle cylindrique 42 voisine. 5 Ladite rondelle cylindrique 42 est prolongée par son extrémité basse tournée vers le carter cylindre 11 par une rondelle annulaire 44 dont le diamètre intérieur est sensiblement inférieur au diamètre intérieur de la chambre d'eau cylindrique 15 entourant le fût cylindrique 16. Ladite 10 rondelle annulaire 44 présente une bordure circulaire 45 entourant l'ouverture traversante 32. Selon un autre mode de réalisation non représenté, la feuille en saillie 41 est sensiblement conique comprenant une base évasée fixée à la plaque 15 31 du joint de culasse 30 et une partie opposée tournée vers le carter cylindres tronquée pour présenter une bordure circulaire 45 ou de révolution dont le diamètre est sensiblement inférieur au diamètre intérieur de la chambre d'eau cylindrique 15 entourant le au moins un fût cylindrique 16. 20 De même que le mode de réalisation précédent, la feuille en saillie 41 conique peut présenter une ouverture radiale 43 de communication qui permet dans le cas où le joint de culasse 30 comporte plusieurs ouvertures traversantes 32, un passage depuis l'intérieur d'une feuille conique 41 vers 25 l'intérieur d'une feuille conique 41 voisine. Le carter-cylindres selon les figures 2, 3 et 4 comporte un évidement 50 ou une rainure sensiblement annulaire et entourant le au moins un fût cylindrique 16. L'évidement 50 est creusé depuis la surface de contact 23 30 du carter-cylindres 11 avec le joint de culasse 30. Selon les figures 2 et 3, ledit évidement est creusé en suivant le contour de la chambre d'eau 15 du 3053400 13 circuit de refroidissement 14c du carter cylindres 11 et présente un épaulement 24. La protubérance 40 est logée dans l'évidement 50 de telle façon que la 5 plaque 31 du joint de culasse 30 vienne en appui sur la surface de contact 23 du carter-cylindre pour assurer l'étanchéité en particulier autour du fût cylindrique. Plus précisément, la feuille en saillie 41 du joint de culasse 30 est enfoncée dans l'évidement annulaire 50 et la bordure circulaire 45 de ladite feuille 41 vient en appui étanche contre l'épaulement 24 dudit 10 évidement 50. Ladite feuille 41 et donc la protubérance 40 est en contact avec le circuit de refroidissement 14c du carter-cylindres 11. Lorsque le joint de culasse 30 est monté entre la culasse 12 et le carter-cylindres 11, la feuille en saillie 41 logée dans l'évidement annulaire 32 est 15 disposée en contact et au-dessus du circuit de refroidissement 14c du carter-cylindres 11 et sépare le circuit de refroidissement de la culasse du circuit de refroidissement 14c du carter-cylindres. Le fluide de refroidissement du circuit de refroidissement de la culasse entre par la au-moins une ouverture d'entrée 34 du joint de culasse et parcourt un circuit 20 de refroidissement 33 du joint de culasse délimité par la feuille en saillie 41 pour refroidir la partie haute 22 du carter-cylindres entourant le au-moins un fût cylindrique 16. Ladite partie haute 22 bénéficie donc du refroidissement de la culasse lors des phases de démarrage du moteur. 25 L'objectif est atteint : le joint de culasse 30 comprenant une feuille en saillie 41 logée dans un évidement 50 creusé dans le carter-cylindres entourant le au-moins un fût cylindrique 16 permet un refroidissement optimal à moindre coût du carter cylindres 11. 3053400 14 La présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui a été explicitement décrit, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après. Dans ce cadre, la feuille en saillie 41 peut être obtenue par emboutissage 5 d'une plaque inférieure 31 formant le joint de culasse 31, un élément en forme de plaque annulaire est alors agencé dans le plan de ladite plaque inférieure 31 pour entourer l'ouverture traversante 32 et assurer l'étanchéité autour de cette ouverture. Ledit élément peut être partie d'une autre plaque formant le joint de culasse ou être soudé à la plaque 10 inférieure. REVENDICATIONS1. Moteur thermique de véhicule automobile comprenant : - une culasse (12) comportant un circuit de refroidissement de culasse (14a), -un carter cylindres (11) comprenant au moins un fût cylindrique (16), et un circuit de refroidissement (14c) de carter cylindres indépendant du circuit de refroidissement de culasse, -un joint de culasse (20) disposé entre la culasse et le carter cylindres, Caractérisé en ce que ledit joint comporte une protubérance (30) entourant une au moins une ouverture traversante (32) en vis-à-vis avec le au moins un fût cylindrique (16) et comportant un circuit de refroidissement (33) connecté au circuit de refroidissement (14a) de la culasse (12). 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la protubérance (40) est en contact avec le circuit de refroidissement (14c) du carter-cylindres (11). 3. Moteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la protubérance (40) est logée dans une chambre d'eau (15) du circuit de refroidissement (14c) du carter-cylindres. 4. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le conduit de circulation de la protubérance (40) est connecté avec le circuit de refroidissement de la culasse par une ouverture d'entrée (34) et une ouverture de sortie (35) creusées dans une partie supérieure du joint de culasse (30) en regard avec la culasse. 5. Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la culasse comprend au moins un conduit débouchant dans l'ouverture 3053400 16 d'entrée (34) du joint de culasse et au moins un conduit connecté avec l'ouverture de sortie (35), lesdits conduits étant connectés au circuit de refroidissement de la culasse. 5 6. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la protubérance (40) comprend une feuille en saillie annulaire (41) depuis le joint de culasse (30) vers le carter cylindres (11) et entourant l'ouverture traversante (32). 10 7. Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le carter cylindres (11) comprend un évidement annulaire (32) entourant le fût cylindrique (14c) pour recevoir la feuille en saillie du joint de culasse. 8. Moteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la 15 feuille en saillie (33) comporte une bordure (45) en appui étanche sur un épaulement (28) de l'évidement annulaire (32). 9.Moteur selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la feuille en saillie (41) est fixée avec la plaque (31) 20 du joint de culasse (30) par soudage. 10.Moteur selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la feuille en saillie (41) est obtenue par emboutissage de la plaque (31) du joint de culasse (30). 25