FR2461100A1

FR2461100A1 - INTERNAL COMBUSTION ENGINE COOLED BY A LIQUID

Info

Publication number: FR2461100A1
Application number: FR8014571A
Authority: FR
Inventors: Claus Groth; Reiner Koszyk
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG; Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1979-07-13
Filing date: 1980-06-30
Publication date: 1981-01-30
Also published as: IT1141005B; SE8004892L; IT8023284A0; DE2928298A1; JPS5652519A; GB2054034A

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE REFROIDI PAR UN LIQUIDE. CE MOTEUR COMPREND UN BLOC-CYLINDRES 2 AVEC DES CAVITES POUR LE LIQUIDE DE REFROIDISSEMENT ET UNE CULASSE 3 AVEC DES SECONDES CAVITES. ON A PREVU UN RACCORD D'AMENEE 6 ET DE RENVOI 7 DANS LA CULASSE 3. LES PREMIERES CAVITES 4 SONT DISPOSEES EN DERIVATION AVEC LES SECONDES CAVITES 5 PAR L'INTERMEDIAIRE D'ORIFICES 8 PREVUS DANS LA CLOISON ENTRE LE BLOC-CYLINDRES 2 ET LA CULASSE 3 SI BIEN QUE LA CIRCULATION DU LIQUIDE DE REFROIDISSEMENT DANS LES PREMIERES CAVITES 4 S'EFFECTUE ESSENTIELLEMENT PAR EFFET DE THERMOSIPHON. LE REFROIDISSEMENT D'UN TEL MOTEUR EST PARFAITEMENT ADAPTE A SON ETAT RESPECTIF DE FONCTIONNEMENT.THE PRESENT INVENTION CONCERNS AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE COOLED BY A LIQUID. THIS ENGINE INCLUDES A 2 CYLINDER BLOCK WITH COOLANT CAVITES AND A 3 CYLINDER HEAD WITH SECOND CAVITES. AN INLET 6 AND RETURN 7 CONNECTION IS PROVIDED IN THE CYLINDER HEAD 3. THE FIRST CAVITIES 4 ARE BYPASSED WITH THE SECOND CAVITES 5 THROUGH ORIFICES 8 PROVIDED IN THE BULKHEAD BETWEEN THE CYLINDER BLOCK 2 AND CYLINDER HEAD 3 SO THAT THE CIRCULATION OF THE COOLING LIQUID IN THE FIRST CELLARS 4 IS MAINLY THROUGH THE THERMOSIPHON EFFECT. THE COOLING OF SUCH ENGINE IS PERFECTLY ADAPTED TO ITS RESPECTIVE STATE OF OPERATION.

Description

I La présente invention se rapporte à un moteur à combustion interneThe present invention relates to an internal combustion engine

refroidi par un liquide comprenant un bloc-cylindresprésentant des premières cavités pour le liquide de refroidissement et une culasse avec des secondes cavités pour le liquide de refroidissement ainsi que des raccords d'arrivée et de retour, qui communiquent d'une part avec les secondes cavités pour le liquide de liquid cooledcomprising a cylinder block having first cavities for the coolant and a cylinder head with second cavities for the coolant and inlet and return fittings which communicate on the one hand with the second cavities for the liquid of

refroidissement et d'autre part avec une pompe. cooling and secondly with a pump.

Dans un moteur à combustion interne du type précité (brevet australien 283 824), les cavités pour le liquide In an internal combustion engine of the aforementioned type (Australian patent 283 824), the cavities for the liquid

de refroidissement prévues dans la culasse et dans le bloc- provided for in the cylinder head and in the block

cylindrE sont séparées l'une de l'autréet dans les deux parties de carter, on a prévu des raccords d'amenée et de renvoi séparés qui communiquent respectivement avec un système de refroidissement séparé. Par cette disposition, on cherche à pouvoir régler séparément la demande en refroidissement de la culasse et du bloc-cylindresà la valeur la plus avantageuse et par conséquent à obtenir des conditions de refroidissement améliorées. Ce réglage séparé du refroidissement implique toutefois que pour chaque système de refroidissement on dispose, à titre supplémentaire, d'une pompe de mise en circulation, d'un radiateur et d'une soupape de réglage par thermostat du liquide de refroidissement, cette construction étant relativement coûteuse. D'autre part, il est difficile de mettre en concordance les deux systèmes de refroidissement The cylinders are separated from one another and into the two housing parts, separate feed and return connections are provided which communicate respectively with a separate cooling system. By this arrangement, it is sought to separately adjust the cooling demand of the cylinder head and the cylinder block to the most advantageous value and therefore to obtain improved cooling conditions. This separate adjustment of the cooling, however, implies that for each additional cooling system is provided, additionally, a circulation pump, a radiator and a control valve by thermostat coolant, this construction being relatively expensive. On the other hand, it is difficult to reconcile the two cooling systems

et de réaliser une adaptation à la demande de refroidisse- and to adapt to the cooling demand

ment des pièces fortement exposées à la chaleur du moteur à combustion interne étadornné qu'unrefroidissement trop fort ou trop faible de l'une des deux parties du carter influence négativement la température de fonctionnement correct du moteur à combustion interne, au point de vue du déroulement de la combustion et de l'usure à froid. En cas de panne ou de mauvais fonctionnement dans le réglage de l'un des deux systèmes de refroidissement, il y a toujours un risque d'une surchauffe considérable de la partie correspondante du carter sans que cette surchauffe qui entraine des dép8ts de calcaire dans les cavités et des déformations, puisse parts strongly exposed to the heat of the internal combustion engine and adorned cooling too strong or too weak one of the two parts of the housing adversely affects the correct operating temperature of the internal combustion engine, from the point of view of unfolding combustion and cold wear. In case of failure or malfunction in the adjustment of one of the two cooling systems, there is always a risk of considerable overheating of the corresponding part of the casing without this overheating which causes limescale deposits in the cavities and deformities, can

être compensée par l'autre système de refroidissement. be compensated by the other cooling system.

Par le brevet allemand 916 245, il est d'autre part connu de diviser les secondes cavités pour le liquide de refroidissement dans la culasse et de les relier les unes aux autres par l'intermédiaire des premières cavités précitées. La communication en série ainsi réalisée des premières et des secondes cavités assure un refroidissement By German Patent 916 245, it is further known to divide the second cavities for the cooling liquid in the cylinder head and to connect them to each other via the first cavities mentioned above. The serial communication thus made of the first and second cavities ensures cooling

permanent du bloc-cylindreset rend impossible le refroidis- cylinder block and makes it impossible to cool

sement individuel du bloc-cylindre et de la culasse. individual cylinder block and cylinder head assembly.

La présente invention a donc pour but de créer un moteur à combustion interne du type précité qui, tout en se réchauffant rapidement, assure simultanément un refroidissement efficace et qui présente une construction The object of the present invention is therefore to create an internal combustion engine of the aforementioned type which, while rapidly heating up, simultaneously ensures efficient cooling and which has a construction

simple.simple.

Conformément à l'invention,ce but est obtenu par le fait que les premières cavités sont montées en dérivation avec les secondes cavités précitées par des orifices prévus dans une cloison de séparation entre le bloc-cylindreset la culasse, de telle façon que la circulation du liquide de refroidissement au travers des premières cavités According to the invention, this object is obtained by the fact that the first cavities are mounted in shunt with the aforementioned second cavities by orifices provided in a partition wall between the cylinder block and the cylinder head, so that the circulation of the coolant through the first cavities

s'effectue presqu'exclusivement par effet de thermosiphon. is carried out almost exclusively by thermosiphon effect.

Dans l'amélioration proposée, contrairement aux modes de réalisation déjà connus, seules les secondes cavités prévues dans la culasse sont traversées, en In the proposed improvement, contrary to the already known embodiments, only the second cavities provided in the cylinder head are traversed, in

circulation forcée, par le liquide de refroidissement. forced circulation, by the coolant.

Etant donné qu'une circulation du liquide de refroidissement au travers des cavités du bloc-cylindresne se produit essentiellement que par effet de thermosiphon, il ne s'établit, après un démarrage à froid, dans les cavités du bloc-cylindres, en premier lieu aucun écoulement de liquide si bien que le moteur à combustion interne atteint dans Since a circulation of the coolant through the cavities of the cylinder block occurs essentially only by thermosiphon effect, it is established, after a cold start, in the cavities of the cylinder block, in the first place no flow of liquid so that the internal combustion engine reaches in

une durée relativement rapide, sa température de fonction- a relatively fast duration, its operating temperature

nement. Ceci est d'autre part amélioré par le fait que le liquide de refroidissement, dans la phase de fonctionnement à chaud, est guidé indépendamment de ce qui précède, par l'intermédiaire de la circulation à by-pass, du liquide de refroidissement généralement prévue et contenant une faible ment. This is further improved by the fact that the coolant, in the hot operating phase, is guided independently of the foregoing, through the bypass circulation, of the coolant generally provided and containing a weak

quantité de liquide de refroidissement. Bien que le bloc- amount of coolant. Although the block

cylindresne soit pas directement traversé, il ne se produit, à la température de fonctionnement, aucune surchauffe de ce bloc pouvant entraîner des déformations ou des dép8ts cylindersne not directly crossed, it does not occur, at the operating temperature, no overheating of this block can cause deformation or dép8ts

de tartre, étant donné qu'entre les cavités du bloc- because between the cavities of the block

cylindreset de la culasse, par effet de thermosiphon, cylinder and cylinder head, by thermosiphon effect,

il y a un échange perpétuel de liquide de refroidissement. there is a perpetual exchange of coolant.

Dans les cavités du bloc-cylindres,les bulles de vapeur qui sont susceptibles de se former s'élèvent vers le haut dans les cavités de la culasse et parviennent dans le circuit de liquide de refroidissement destiné à ces cavités. Un autre avantage réside dans le fait qu'en fonctionnement de poussée ou en fonctionnement à charge partielle, il n'y a aucune chute sensible de température par rapport aux conditions de fonctionnement en charge maximale étant donné que le liquide de refroidissement se trouvant dans le bloc-cylindreset ne participant pas directement au circuit de refroidissement de la culasse est toujours réchauffé à une température relativement élevée, pour cet état de fonctionnement et qu'ainsi la température du liquide de refroidissement obtenue dans In the cavities of the cylinder block, the steam bubbles that are likely to form rise upwards in the cavities of the cylinder head and reach the cooling liquid circuit intended for these cavities. Another advantage lies in the fact that in thrust operation or partial load operation, there is no significant temperature drop with respect to the maximum load operating conditions since the coolant in the cylinder block and not directly participating in the cylinder head cooling circuit is always warmed to a relatively high temperature, for this operating state and thus the temperature of the coolant obtained in

la totalité du circuit du liquide est largement conservée. the entire circuit of the liquid is largely preserved.

Par le réchauffement rapide qui est obtenu avec cette solution et par le maintien dans les meilleures conditions possibles, de la température de fonctionnement, les pertes par frottement se produisant lors du démarrage à froid sont très rapidement éliminées si bien que l'usure à froid est fortement réduite mais dans les états de By the rapid heating that is obtained with this solution and by maintaining in the best possible conditions, the operating temperature, the friction losses occurring during the cold start are very quickly eliminated so that the cold wear is greatly reduced but in the states of

fonctionnement alterné, la température du film du lubri- alternate operation, the temperature of the lubricant film

fiant sur la trajectoire du cylindre est largement maintenue si bien que les pertes par frottement du moteur relying on the trajectory of the cylinder is largely maintained so that friction losses from the engine

à combustion interne sont abaissées dans leur ensemble. internal combustion are lowered in their entirety.

Pour obtenir que le liquide de refroidissement mis en circulation dans la culasse traverse totalement le volume intérieur de cette dernière, des raccordements d'amenée et de renvoi du fluide de refroidissement dans la culasse peuvent être disposés sur des côtés en vis-à-vis l'un de l'autre. Dans le cas d'un moteur à combustion interne refroidi par un liquide comprenant plusieurs cylindres montésen série dans le carter, il est avantageux Élue le raccord d'amenée soit disposé à proximité du premier cylindre et le raccord de renvoi à proximité du dernier cylindre. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci In order to obtain that the coolant circulated in the cylinder head completely traverses the internal volume of the latter, connections for supplying and returning coolant into the cylinder head may be arranged on opposite sides of the cylinder. one of the other. In the case of a liquid-cooled internal combustion engine comprising a plurality of cylinders mounted in series in the housing, it is advantageous. Eluice the supply connection is disposed near the first cylinder and the return connection near the last cylinder. The invention will be better understood, and other purposes, features, details and advantages thereof

apparaîtront plus clairement au cours de la description will become clearer during the description

explicative qui va suivre faite en référence au dessin schématique annexé donné uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lequel: - la figure unique représente schématiquement un moteur à combustion interne comprenant un circuit de explanatory text which will follow with reference to the appended schematic drawing given solely by way of example illustrating an embodiment of the invention and in which: the single FIGURE schematically represents an internal combustion engine comprising a

refroidissement conforme à l'invention. cooling according to the invention.

Le moteur à combustion interne représenté de manière simplifiée à titre d'exemple comprend un carter 1 composé essentiellement d'un bloccylindres2 et d'une culasse 3. Le bloc-cylindres2 entoure des cylindres avec les pistons disposés à l'intérieur de ces derniers et comprend un volume intérieur 4 de configuration habituelle - servant à recevoir le liquide de refroidissement, alors que la culasse 3 présente les chambres de combustion ainsi que les canaux d'échange de gaz et est munie d'une The internal combustion engine shown in a simplified manner as an example comprises a casing 1 composed essentially of a bloccylindres2 and a cylinder head 3. The cylinder block2 surrounds the cylinders with the pistons disposed within them and comprises an internal volume 4 of usual configuration - serving to receive the coolant, while the cylinder head 3 has the combustion chambers and the gas exchange channels and is provided with a

cavité 5 pour le passage du liquide de refroidissement. cavity 5 for the passage of the coolant.

Pour la mise en circulation du liquide de refroidissement au travers du volume intérieur 5, la culasse 3 présente sur l'un de ses c8tés, à proximité du premier cylindre, un raccord d'amenée 6 et sur le côté opposé, à proximité du dernier cylindre, un raccord de renvoi 7. Les volumes 4 et 5 communiquent l'un avec l'autre au niveau du joint de séparation entre le bloc-cylindres 2 et la culasse 3, par For the circulation of the coolant through the interior volume 5, the cylinder head 3 has on one of its sides, near the first cylinder, a supply connection 6 and on the opposite side, near the last 7. The volumes 4 and 5 communicate with each other at the separation joint between the cylinder block 2 and the cylinder head 3, by means of

l'intermédiaire d'une pluralité d'orifices 8. via a plurality of orifices 8.

A partir du raccord de renvoi 7, um conduite de liquide de refroidissement 9 mène à un radiateur 10 duquel part une conduite de liquide de refroidissement 11 qui From the return fitting 7, a coolant line 9 leads to a radiator 10 from which a coolant line 11 which

débouche dans une soupape thermostatique 12. Une canalisa- opens into a thermostatic valve 12.

tion by-pass qui entoure le radiateur 10 est dérivée de la conduite de liquide de refroidissement 9 et aboutit également à la soupape thermostatique 12. A la soupape thermostatique 12, se raccorde une pompe de mise en The by-pass surrounding the radiator 10 is derived from the coolant line 9 and also terminates in the thermostatic valve 12. Thermostatic valve 12 is connected to a control pump 12.

circulation 14 qui est reliée au raccord d'arrivée 6. circulation 14 which is connected to the inlet connection 6.

Le circuit de liquide de refroidissement du moteur Engine coolant circuit

à combustion interne fonctionne de la manière suivante. internal combustion works in the following manner.

Après un démarrage à froid, le liquide de refroi- After a cold start, the coolant

dissement mis en circulation par la pompe 14 est guidé au flow circulated by the pump 14 is guided to

travers de la cavité 5 de la culasse 3 et, par l'intermé- through the cavity 5 of the cylinder head 3 and, through

diaire des conduites 9 et 13 ainsi que de la soupape thermostatique 12, il est ramené vers la pompe 14, la soupape thermostatique 12 adoptant alors une position qui correspond à la température du liquide de refroidissement après un démarrage à froid et met en court-circuit le radiateur 10. Le liquide de refroidissement se trouvant au repos dans le volume interne 4 du bloc-cylindroe2, qui ne participe pas directement au circuit de liquide de la culasse 3, permet, dans cette phase de fonctionnement, un réchauffement extrêmement rapide des parois du cylindre si bien que les forces par frottement sont très rapidement éliminées et que l'on diminue l'usure à froid. Dans cette 9 and 13 as well as the thermostatic valve 12, it is returned to the pump 14, the thermostatic valve 12 then adopting a position which corresponds to the temperature of the coolant after a cold start and short-circuited the radiator 10. The coolant being at rest in the internal volume 4 of the cylinder block 2, which does not participate directly in the liquid circuit of the cylinder head 3, allows, in this phase of operation, an extremely rapid warming of the walls of the cylinder so that the frictional forces are very quickly eliminated and the cold wear is reduced. In this

phase ou position de fonctionnement de la soupape thermo- phase or operating position of the thermostatic valve

statique 12, le liquide de refroidissement qui traverse le volume 5 est rapidement réchauffé au fur et à mesure static 12, the coolant flowing through volume 5 is quickly warmed as you go

que la culasse 3 du moteur chauffe, ce liquide de refroi- that the cylinder head 3 of the engine heats up, this cooling liquid

dissement étant diminué de la quantité de liquide qui dissement being reduced by the quantity of liquid

reste dans le radiateur 10 et dans la conduite 11. remains in the radiator 10 and in the pipe 11.

Au fur et à mesure que la température augmente, le liquide de refroidissement est dévié par la soupape thermostatique 12, de manière croissante puis totalement, dès que l'on a atteint la température de fonctionnement, As the temperature increases, the coolant is diverted by the thermostatic valve 12, increasing and then completely, as soon as the operating temperature has been reached,

par l'intermédiaire du radiateur 10 et de la conduite 11. via the radiator 10 and the pipe 11.

Dès que la température de fonctionnement est atteinte, toute surchauffe du liquide de refroidissement se trouvant As soon as the operating temperature is reached, any overheating of the coolant

2461 1002461 100

dans la cavité 3 du bloc-cylindre32 est évitée puisque in the cavity 3 of the cylinder block32 is avoided since

le liquide qui se réchauffe dans le volume 4 du bloc- the liquid that heats up in the volume 4 of the block

cylindre 2 monte par l'intermédiaire des orifices 8, dans le volume interne 5 de la culasse 3 et parvient dans le circuit de refroidissement de ladite culasse, alors que le liquide de refroidissement sortant du volume 5 de la culasse 3 passe, par l'intermédiaire des orifices 8, dans le volume 4 du bloc-cylindres2 et qu'il y a donc cylinder 2 rises through the orifices 8, in the internal volume 5 of the cylinder head 3 and reaches the cooling circuit of said cylinder head, while the coolant leaving the volume 5 of the cylinder head 3 passes through the intermediate of the orifices 8, in the volume 4 of the cylinder block 2 and that there is therefore

un échange par effet de thermosiphon. an exchange by thermosiphon effect.

Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques Of course, the invention is not limited to the embodiment described and shown which has been given by way of example. In particular, it includes all means constituting technical equivalents

des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles- described means as well as their combinations if these

ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre These are executed according to his spirit and implemented

dans le cadre de la protection comme revendiquée. as part of the protection as claimed.

Claims

R E V E N D I C A T I O N SR E V E N D I C A T IO N S

1.- Moteur à combustion interne refroidi par un liquide comprenant un carter présentant un bloc-cylindres 1.- Internal combustion engine cooled by a liquid comprising a housing having a cylinder block

avec des premières cavités pour le liquide de refroidisse- with first cavities for the coolant

ment et une culasse avec des secondes cavités pour le liquide de refroidissement ainsi que des raccords d'amenée and a cylinder head with second cavities for the coolant as well as supply fittings

et de renvoi dudit liquide de refroidissement qui communi- and returning said coolant which communicates

quent d'une part avec les secondes cavités et d'autre part avec une pompe, caractérisé en ce que les premières cavités (4) sont montées en dérivation avec les secondes cavités (5) par l'intermédiaire d'orifices (8) prévus dans la cloison de séparation entre le bloc-cylindres(2) et la culasse (3) de telle façon que la circulation du liquide de refroidissement au travers des premières cavités (4) s'effectue presqu'exclusivement par effet on the one hand with the second cavities and on the other hand with a pump, characterized in that the first cavities (4) are mounted in parallel with the second cavities (5) via orifices (8) provided in the partition wall between the cylinder block (2) and the cylinder head (3) so that the circulation of the coolant through the first cavities (4) is carried out almost exclusively by effect

de thermosiphon.thermosyphon.

2.- Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les raccords d'amenée (6) et de renvoi (7) dans la culasse (3) sont disposés, comme connu en soi, sur des 2.- motor according to claim 1, characterized in that the feed connections (6) and return (7) in the yoke (3) are arranged, as known per se, on

côtés en vis-à-vis l'un de l'autre. sides facing each other.

3.- Moteur comprenant plusieurs cylindres montés 3.- Engine comprising several cylinders mounted

en série selon l'une des revendications précédentes, in series according to one of the preceding claims,

caractérisé en ce que de manière connue en soi, le raccord d'arrivée (6) est disposé à proximité du premier cylindre et le raccord de renvoi (7) à proximité du dernier cylindre. characterized in that in known manner, the inlet connection (6) is arranged near the first cylinder and the return connection (7) near the last cylinder.