Brevet FR3093758A1 — publié le 20200918

Description Titre de l'invention : "Bloc-cylindres intégrant une conduite de transit de fluide caloporteur séparée d'une chambre d'eau" Domaine technique [0001] L'invention concerne un circuit de refroidissement pour un moteur thermique de véhicules automobiles réalisé en partie dans un bloc-cylindres du moteur. Technique antérieure [0002] Les moteurs à explosion de véhicules automobiles sont soumis à des contraintes thermiques très élevées. Il est donc connu de refroidir les différents éléments le composant au moyen d'un circuit de refroidissement dans lequel circule un fluide caloporteur. [0003] On a représenté à la figure 1 un moteur 10 thermique équipé d'un tel circuit de refroi- dissement. De manière connue, le moteur 10 comporte un bloc-cylindres 12 qui est réalisé venu de matière en une seule pièce. [0004] Le bloc-cylindres 12 comporte notamment des alésages 14 de cylindres d'axe A vertical. Chaque alésage 14 est destiné à recevoir un piston (non représenté) en coulissement. Chaque piston délimite ainsi une chambre de combustion dans un tronçon supérieur de chaque alésage 14. De manière connue, chaque piston destiné à être relié à un vilebrequin (non représenté) d'axe B longitudinale qui est agencée dans une partie inférieure du bloc-cylindres 12. [0005] Chaque alésage 14 débouche verticalement vers le haut dans une face 16 supérieure du bloc-cylindres 12. La face 16 supérieure forme une face de joint avec une culasse (non représenté) qui ferme les chambres de combustion. [0006] Comme cela est représenté à la figure 2, les alésages 14 sont délimités radialement chacun par une chemise 18 cylindrique. Le bloc cylindres 12 représenté en exemple aux figures 1 et 2 comporte quatre alésages 14. Les alésages 14 sont rangés selon un alignement longitudinale parallèlement à l'axe B du vilebrequin. [0007] Le bloc-cylindres 12 est équipé d'une chambre d'eau 20 qui circonvient les chemises 18 de chaque alésage 14. La chambre d'eau 20 est intégrée au bloc-cylindres 12. Le terme "intégré" signifie que les parois de la chambre d'eau 20 sont réalisées venues de matière avec le bloc-cylindres 12. [0008] La chambre d'eau 20 fait partie d'un circuit de refroidissement du moteur. Elle est destinée à être alimentée avec un fluide caloporteur frais afin d'évacuer les calories produites par la combustion du carburant dans les chambres de combustion. [0009] Pour permettre l'alimentation de la chambre d'eau 20, le circuit de refroidissement comporte une pompe, généralement appelée pompe à eau, qui est destiné à faire 2 circuler le fluide caloporteur. La pompe à eau est ici destinée à être agencée dans un logement 22 situé dans une première face d'extrémité longitudinale du bloc cylindres 12, généralement appelée face 24 d'accouplement. [0010] Dc manière connue, certains éléments du circuit de refroidissement sont agencés à l'extérieur du bloc moteur, qui est constitué par le bloc cylindres et la culasse. À titre d'exemple non limitatif, le circuit de refroidissement comporte généralement un radiateur. 11 peut aussi comporter un échangeur de chaleur cau/huile afin de permettre au fluide caloporteur d'échanger de la chaleur avec un fluide de lubrification du moteur. Le circuit de refroidissement peut aussi comporter des aérothermes qui par exemple destinés à réguler la température dans un habitacle du véhicule automobile. [0011] Dc cc fait, le circuit de refroidissement comporte de nombreux tuyaux externes au bloc cylindres 12 qui sont notamment raccordés à la pompe à eau. Par tuyau externe, on comprendra qu'il s'agit de tuyaux rapportés qui sont raccordés au bloc-cylindres. On a par exemple représenté à la figure 1 un tuyau 26 externe de retour du fluide caloporteur vers la pompe à eau. Cc tuyau 26 de retour est par exemple raccordée à un échangeur 28 cau/huile, et à des aérothermes 30 via un deuxième tuyau externe 32. [0012] Le circuit de refroidissement comporte aussi des chambres d'eau (non représentées) qui sont agencés dans la culasse. En général, les chambres d'eau de la culasse communiquent avec la chambre à eau 20 du bloc cylindres 12. [0013] Selon une autre conception connue du circuit de refroidissement, selon la technique dite du "split cooling" ou du "double circuit de refroidissement", la chambre d'eau du bloc-cylindres 12 ne communique pas avec les chambres d'eau de la culasse. Les chambres d'eau de la culasse sont ainsi alimentées en fluide caloporteur parallèlement à la chambre d'eau du bloc-cylindres. Ceci permet de gérer les températures de la culasse et du bloc-cylindres séparément, par exemple pour permettre une montée en température plus rapide du moteur. Dans cette configuration, le fluide caloporteur entre et sort de la culasse par des tuyaux externes au bloc-cylindres. [0014] La présence de ces tuyaux externes encombre énormément le compartiment moteur. De plus ces multiples tuyaux ne permettent pas de voir facilement tous les éléments du moteur. [0015] En outre, ces tuyaux externes sont raccordés les uns aux autres par des brides. La présence de ces différents raccords multiplie les risques d'incident ou de fuite de fluide caloporteur. Résumé de l'invention [0016] L'invention concerne un bloc-cylindres de véhicule automobile équipé d'une rangée longitudinale d'alésages d'axe vertical chacun délimités radialement par une chemise qui débouchent vers le haut dans une face supérieure, le bloc-cylindres intégrant un 3 circuit de refroidissement comportant : [0017] - un orifice d'alimentation en fluide caloporteur qui est agence à proximité d'une première extrémité longitudinale du bloc-cylindres et qui est destiné à être raccordé à une sortie d'une pompe à eau ; [0018] - un orifice d'aspiration qui est agencé à proximité de ladite première extrémité longi- tudinale du bloc-cylindres et qui est destiné à être raccordé à l'entrée de la pompe à eau ; [0019] - une chambre d'eau qui est agencée au contact d'un tronçon supérieur des chemises qu'elle refroidit et qui est raccordée à l'orifice d'alimentation ; [0020] caractérisé en ce que le bloc-cylindres intègre au moins une conduite de transit de fluide caloporteur qui est destinée à être raccordée au circuit de refroidissement, la conduite de transit étant séparée de la chambre d'eau sur toute sa longueur par une cloison du bloc-cylindres, la conduite de transit s'étendant globalement longitudinalement parallèlement à la chambre d'eau depuis une première extrémité proximale qui est agencée à proximité de la première extrémité longitudinale du bloc-cylindres et qui s'étend jusqu'à une deuxième extrémité distales qui est agencée à proximité d'une deuxième extrémité longitudinale opposée du bloc-cylindres. [0021] Selon d'autres caractéristiques du bloc-cylindres réalisé selon les enseignements de l'invention : [0022] - conduite de transit s'étend globalement sur toute la longueur de la rangée d'alésages ; [0023] - la conduite débouche dans la face supérieure par un ou plusieurs orifices ; [0024] - le ou les orifices débouchant sont répartis sur toute la longueur de la conduite de transit ; [0025] - l'extrémité proximale de la conduite de transit comporte un orifice proximal qui est raccordé à l'orifice d'alimentation de la pompe à eau, en parallèle par rapport à la chambre d'eau ; [0026] - l'extrémité proximale de la conduite de transit comporte un orifice proximal qui est raccordé à l'orifice d'aspiration de la pompe à eau ; [0027] - la conduite de transit est décalée verticalement au-dessous du niveau de la chambre d'eau ; [0028] - la conduite de transit comporte un deuxième orifice distal qui débouche dans au moins une première conduite d'embranchement qui est intégrée au bloc-cylindres et qui débouche à proximité de la deuxième extrémité longitudinale dans la face supérieure du bloc-cylindres ; [0029] - la conduite de transit comporte un deuxième orifice distal qui débouche dans au moins une deuxième conduite d'embranchement qui débouche dans une face inférieure du bloc-cylindres. 100301 L'invention concerne aussi un moteur, caractérisé en ce que la deuxième conduite d'embranchement est raccordée directement avec un échangeur de chaleur avec un circuit de lubrification du moteur. [0031] L'invention concerne aussi un véhicule automobile comportant un moteur équipé d'un bloc-cylindres selon les enseignements de l'invention, caractérisé en ce que la première conduite d'embranchement est raccordée directement avec des aérothermes extérieurs au moteur. Brève description des dessins [0032] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : [0033] [fig.1] La figure I est une vue en perspective qui représente un bloc-cylindres réalisé selon l'état de la technique qui est raccordé avec de tuyaux externes d'un circuit de refroidissement ; [0034] W8.21 La figure 2 est une vue en section horizontale selon le plan de coupe 2-2 de la figure 1 qui représente les alésages du bloc-cylindres de la figure I entourés d'une chambre d'eau ; [0035] [fig.31 La figure 3 est une vue en perspective éclatée qui représente un Hoc-cylindres réalisé selon les enseignements de l'invention dans lequel les tuyaux externes ont été intégrés au bloc-cylindres sous forme de conduites internes, un joint de culasse et une culasse représentés schématiquement ; [0036] [fig.4] La figure 4 est une vue en section horizontale selon le plan de coupe 4-4 de la figure 3 qui représente la chambre d'eau du bloc-cylindres ainsi que deux conduites de transit ; [0037] [fig.51 La figure 5 est une vue du dessus qui représente la face supérieure du bloc- cylindres de la figure 3 ; [0038] [fig.61 La figure 6 est une vue de côté qui représente uniquement l'empreinte des conduites internes du circuit de refroidissement formé dans le bloc-cylindres et dans la culasse, le bloc-cylindres et la culasse étant représentés schématiquement par des traits interrompus. Description des modes de réalisation 100391 Dans la suite de la description, des éléments présentant une structure identique ou des fonctions analogues seront désignés par des mêmes références. 100401 Dans la suite de la description, on adoptera à titre non limitatif des orientations longi- tudinales, verticales et transversales indiquées par le trièdre L,V,T des figures. L'orientation verticale est utilisée à titre de repère géométrique sans rapport avec la direction de la gravité. [0041] On a représenté à la figure 3 un moteur 10 similaire à celui des figures 1 et 2. Le moteur 10 comporte ainsi un bloc-cylindres 12 qui présente aussi quatre alésages 14 d'axe A vertical qui sont agencés selon une rangée longitudinale dans le bloc-cylindres 12. La bloc-cylindres 12 comporte ici une unique rangée d'alésages 14. [0042] Le bloc-cylindres 12 est délimité verticalement vers le haut par une face 16 su- périeure. Il est aussi délimité longitudinalement par une première face verticale d'extrémité, dite face 24 d'accouplement, et par une deuxième face verticale d'extrémité, dite face 26 accessoire. Le bloc-cylindres 12 est délimité vers le bas par une face 35 inférieure. Le bloc-cylindres 12 est aussi délimité transversalement par une première face 37 latérale et par une deuxième face 39 latérale. [0043] Les alésages 14 débouchent verticalement vers le haut dans la face 16 supérieure. Une culasse 36, représentée schématiquement en vue éclatée à la figure 3, est destinée à être fixée contre la face 16 supérieure pour fermer les alésages 14. Un joint 38 de culasse est intercalé entre la face 16 supérieure et la culasse 36. [0044] La face 35 inférieure du bloc-cylindres 12 comporte des demi-paliers (non re- présentés) qui sont destinés à guider en rotation un vilebrequin (non représenté) d'axe longitudinal B qui est destiné à dépasser longitudinalement de la face 24 d'accouplement à la faveur d'un orifice 40. La face 35 inférieure est ici destinée à être fixée à un carter d'huile [0045] La face 24 d'accouplement est destinée à être fixée à un carter d'embrayage et/ou de boîte de vitesses. La face 34 accessoire est quant à elle destinée à recevoir divers équipements tels qu'une courroie de distribution ou une pompe à huile. [0046] Le bloc-cylindres 12 intègre aussi, de manière connue, des conduites 42 verticales de descente de fluide de lubrification qui font saillie dans les faces latérales 37, 39. [0047] Comme cela est visible à la figure 4, les alésages 14 sont délimités radialement par des chemises 18 cylindriques. [0048] Le moteur 10 comporte un circuit de refroidissement dans lequel circule un fluide ca- loporteur. [0049] Le circuit de refroidissement comporte notamment une pompe à eau 44 qui met en mouvement le fluide caloporteur dans le circuit de refroidissement. Elle est ici reçue dans un logement 22 réalisé dans la face 24 d'accouplement du bloc-cylindres 12. [0050] Le logement 22 comporte un orifice 46 d'alimentation du circuit de refroidissement en fluide caloporteur qui est agencé dans une première portion d'extrémité longitudinale du bloc-cylindres 12, à proximité de la face 24 d'accouplement. L'orifice 46 d'alimentation est raccordé à une sortie de la pompe 44. [0051] Le logement 22 comporte aussi un orifice 48 d'aspiration qui est agencé à ladite première portion d'extrémité longitudinale du bloc-cylindres 12, à proximité de la face 24 d'accouplement. L'orifice 48 d'aspiration est raccordé à l'entrée de la pompe 44. 6 [0052] Le circuit de refroidissement comporte une première chambre 20 d'eau qui a pour fonction de refroidir les chemises 18 des alésages 14 au niveau des chambres de combustion. [0053] Une portion supérieure des chemises 18 cylindriques, au niveau d'une chambre de combustion de l'alésage 14, sont entourées de la chambre 20 d'eau qui est identique à celle du bloc-cylindres 12 des figures 1 et 2. La chambre 20 d'eau est ainsi au contact direct d'une face externe des chemises 18. Le fluide caloporteur circulant dans la chambre 20 d'eau permet ainsi d'absorber les calories produites par l'explosion du carburant dans les chambres de combustion. La chambre d'eau 20 refroidit ici tous les alésages 14 de la rangée. Elle s'étend ainsi depuis une première extrémité longitudinale qui est agencée à proximité de la face 24 d'accouplement jusqu'à une deuxième extrémité longitudinale qui est agencée à proximité de la face 34 accessoire. Tous les alésages 14 sont interposés entre la première extrémité longitudinale et la deuxième extrémité longitudinale de la chambre d'eau 20. [0054] La chambre 20 d'eau est intégrée au bloc-cylindres 12, c'est-à-dire qu'elle est réalisée venue de matière avec le bloc-cylindres 12. [0055] La première extrémité longitudinale de la chambre 20 d'eau comporte un orifice 49 d'entrée qui est raccordé à un orifice 46 d'alimentation en fluide caloporteur. La deuxième extrémité longitudinale de la chambre d'eau 20 comporte un orifice 50 de sortie qui débouche dans la face 16 supérieure du bloc-cylindres 12. L'orifice 50 de sortie est agencé à proximité de la face 34 accessoire. Le sens d'écoulement du fluide caloporteur dans la chambre d'eau 20 est symbolisé par des flèches de la figure 4. Le fluide caloporteur est ensuite acheminé directement vers un boîtier 52 de répartition du fluide caloporteur vers divers accessoires agencés en dehors du moteur 10. [0056] Les alésages 14 refroidis par la chambre 20 d'eau sont tous interposés longitudi- nalement entre l'orifice 46 d'alimentation et l'orifice 50 de sortie. [0057] De manière connue, la culasse 36 est aussi équipée d'au moins une chambre 54 d'eau pour refroidir les zones de la culasses 36 qui ferment les alésages 14, ainsi que divers éléments mobiles (non représentés) qui sont sensibles à la chaleur. La chambre 54 d'eau de la culasse 36 est raccordée à la pompe à eau 44 par l'intermédiaire de l'orifice 46 d'alimentation qui débouche dans la face 16 supérieure du bloc-cylindres 12 à proximité de la face 24 d'accouplement. [0058] S'agissant ici d'un moteur 10 équipé d'un circuit de refroidissement de type "split cooling", la chambre d'eau 20 du bloc-cylindres 12 et la chambre d'eau 54 de la culasse 36 ne communiquent pas directement entre elles. [0059] La chambre 20 d'eau du bloc-cylindres 12 débouche dans la face 16 supérieure du bloc-cylindres 12 par l'intermédiaire d'orifices 56 de dérivation agencés en amont de l'orifice 50 de sortie. Cependant, ces orifices 56 de dérivation sont obturés par le joint 7 38 de culasse comme ceci est symbolisé par les croix qui barrent les orifices 56 de dérivation à la figure 5. Ainsi, la chambre d'eau 20 du bloc-cylindres 12 est ici séparée de la chambre d'eau 54 de la culasse 36 par le joint 38 de culasse. [0060] En revanche, le joint 38 de culasse est ajouré pour permettre au fluide caloporteur passant à travers l'orifice 46 d'alimentation et l'orifice 50 de sortie de circuler en direction de la culasse 36. [0061] L'invention propose de supprimer au moins une partie des tuyaux externes des circuits de refroidissement des moteurs de l'état de la technique pour les remplacer par des conduites internes, dites conduites 58 de transit, qui sont intégrées au bloc-cylindres 12, c'est-à-dire des conduites réalisées venue de matière avec le bloc-cylindres 12. Les conduites 58 de transit n'ont ainsi aucune fonction de régulation de la température du bloc-cylindres 12 lui-même. [0062] Le bloc-cylindres 12 intègre au moins une conduite 58 de transit de fluide ca- loporteur qui est distincte de la chambre d'eau 20. [0063] La conduite 58 de transit s'étend globalement longitudinalement depuis une première extrémité longitudinale, dite extrémité proximale, qui est agencé à proximité de la face 24 d'accouplement du bloc-cylindres 12, jusqu'à une deuxième extrémité longitudinale, dite extrémité distalc, qui est agencée à proximité de la face 34 accessoire. La conduite 58 de transit s'étend ainsi parallèlement à la chambre d'eau 20. [0064] La conduite 58 de transit s'étend globalement sur toute la longueur de la rangée d'alésages 14. Ainsi, la longueur de la conduite 58 de transit, selon la direction longitudinale, est sensiblement égale à celle de la chambre d'eau 20. [0065] La conduite 58 de transit est séparée de la chambre d'eau 20 sur toute sa longueur par une cloison 61 continue du bloc-cylindres 12. Cela signifie que la chambre d'eau 20 forme une branche de circulation du fluide caloporteur qui est non communicante avec la conduite 58 de transit sur toute sa longueur. Ainsi, une fois que le fluide caloporteur est engagé dans la chambre d'eau 20, respectivement dans la conduite 58 de transit, il n'existe pas de conduite de dérivation interne au bloc-cylindres 12 qui permette au fluide caloporteur de passer dans la conduite 58 de transit, respectivement dans la chambre d'eau 20. [0066] Comme cela est représenté aux figures 3 et suivantes, le bloc-cylindres 12 comporte ici trois conduites 58 de transit qui seront indiquées par les références 58A, 58B, 58C. [0067] La première conduite 58A de transit s'étend ici au même niveau vertical que la chambre d'eau 20 dont elle est séparée sur toute sa longueur par une cloison 61A continue du bloc-cylindres 12. Elle est plus particulièrement interposée transversalement entre la chambre d'eau 20 et la deuxième face 39 latérale du bloc-cylindres 12. La première conduite 58A de transit remplit la fonction d'une rampe de distribution du fluide caloporteur envoyé par la pompe à eau 44 à la chambre d'eau 54 de la culasse 8 36. La première conduite 58A de transit s'étend longitudinalement depuis un orifice 59 proximal qui est raccordé à l'orifice 46 d'alimentation. [0068] Pour ce faire, la première conduite 58A de transit débouche dans la face 16 su- périeure du bloc-cylindres 12 par au moins un orifice 60 de distribution. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 5, la première conduite 58A de transit comporte plusieurs orifices 60 de distribution répartis sur toute sa longueur. Le nombre d'orifices 60 de distribution est de préférence au moins égal au nombre d'alésages 14 de manière à pouvoir alimenter chaque zone nécessitant d'être refroidie en fluide caloporteur frais. Ainsi chaque orifice 60 de distribution est ici agencé transversalement en vis-à-vis d'un alésage 14 correspondant. Le joint 38 de culasse est ajouré de manière à permettre la circulation du fluide caloporteur depuis les orifices 60 de distribution vers la chambre d'eau 54 de la culasse. [0069] Le bloc-cylindres 12 comporte aussi une deuxième conduite 58B de transit qui s'étend longitudinalement au même niveau vertical que la chambre d'eau 20 dont elle est séparée sur toute sa longueur par une cloison 61 B continue du bloc-cylindres 12. Elle est plus particulièrement interposée transversalement entre la chambre d'eau 20 et la première face 37 latérale du bloc-cylindres 12. La deuxième conduite 58B de transit remplit la fonction d'une rampe de collection du fluide caloporteur sortant de la chambre d'eau 54 de la culasse 36. La première conduite 58A de transit s'étend longitudinalement jusqu'à un orifice 62 distal de sortie du fluide caloporteur collecté. La première conduite 58A comporte ici un unique orifice 62 distal de sortie. [0070] La deuxième conduite 58B de transit débouche dans la face 16 supérieure du bloc- cylindres 12 par l'intermédiaire d'au moins un orifice 64 d'entrée du fluide caloporteur. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 5, l'orifice 64 d'entrée s'étend longitudinalement sur toute la longueur de la deuxième conduite 58B de transit. [0071] En variante non représentée de l'invention, l'orifice d'entrée unique est remplacé par une pluralité d'orifices d'entrée qui sont répartis sur toute la longueur de la deuxième conduite de transit. [0072] Le joint 38 de culasse est ajouré de manière à permettre la circulation du fluide ca- loporteur depuis la chambre d'eau 54 de la culasse vers l'orifice 64 d'entrée. [0073] Par ailleurs, l'orifice 62 de sortie de la deuxième conduite 58B de transit est destiné à être raccordé au boîtier 52 de répartition en passant à travers la culasse 36. A cet égard, le joint 38 de culasse est ajouré de manière à permettre la circulation du fluide caloporteur depuis l'orifice 62 distal de sortie vers le boîtier de répartition, sans passer par la chambre d'eau 20 du bloc-cylindres 12. [0074] La deuxième conduite 58B de transit ne communique pas avec le logement 22 de pompe à eau 44 par l'intermédiaire d'une conduite interne au bloc-cylindres 12. [0075] Le bloc-cylindres 12 comporte aussi une troisième conduite 58C de transit qui s'étend 9 longitudinalement et qui est décalée verticalement au-dessous de la chambre d'eau 20 dont elle est séparée sur toute sa longueur par une cloison 61 C continue du bloc-cylindres 12. [0076] L'extrémité proximale de la troisième conduite 58C de transit comporte un orifice 66 proximal qui est raccordé à l'orifice 48 d'aspiration de la pompe à eau 44.11 s'agit ainsi d'une conduite de retour du fluide caloporteur vers la pompe à eau 44 après avoir quitté le bloc-cylindres 12 vers des tuyaux et des accessoires du circuit de refroidissement qui sont extérieur au bloc-cylindres 12. [0077] L'extrémité distale de la conduite 58C débouche dans au moins une première conduite 68 d'embranchement par l'intermédiaire d'un orifice 72 distal. [0078] La première conduite 68 d'embranchement est intégrée au bloc-cylindres 12. Elle s'étend globalement verticalement et elle débouche à proximité de la face 34 accessoire dans la face 16 supérieure du bloc-cylindres 12 par un orifice 70 d'entrée du fluide caloporteur. La première conduite 68 d'embranchement est interposée entre la chambre d'eau 20 et la première face 37 latérale du bloc-cylindres 12. L'orifice 70 d'entrée est par exemple raccordé directement à un unique orifice de communication avec des aérothermes 30 extérieurs au bloc-cylindres 12 similaires à ceux décrits en référence à la figure 1. [0079] L'orifice 72 de la troisième conduite 58C de transit débouche dans au moins une deuxième conduite 74 d'embranchement qui débouche dans la face 35 inférieure du bloc-cylindres 12 par l'intermédiaire d'un orifice 76 d'entrée. L'orifice 76 d'entrée est par exemple raccordé directement avec un échangeur 78 de chaleur du moteur 10 qui permet au fluide caloporteur d'échanger de la chaleur avec un fluide de lubrification du circuit de lubrification du moteur 10. [0080] En supprimant une partie des tuyaux externes du circuit de refroidissement et en les intégrant au bloc-cylindres, l'invention permet ainsi de limiter le nombre de pièces à monter dans le moteur 10. [0081] De plus, cela confère une meilleure accessibilité au bloc-moteur en libérant de la place et en améliorant la visibilité des divers éléments présents dans le compartiment moteur. [0082] De plus, le fait de supprimer des tuyaux externes permet aussi d'éliminer les risques de fuites associés au raccordement de ces tuyaux externes. 10