FR2891019A1 - Procede de realisation d'un carter de moteur et carter de moteur realise selon le procede - Google Patents
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Abstract
L'invention a pour objet un procédé de réalisation d'un carter (1) de moteur à combustion interne comportant un circuit de circulation d'un fluide dans une chambre de refroidissement (4) ménagée dans l'épaisseur de la partie supérieure (11) de la paroi (10) du carter, autour de chaque ensemble piston-cylindre (2), et un circuit de circulation d'un fluide lubrifiant, comportant au moins une chambre (5) d'échange de chaleur avec le fluide de refroidissement.Selon l'invention, la chambre (5) d'échange de chaleur du circuit de lubrification est réalisée dans l'épaisseur de la paroi (10) de la partie supérieure (11) du carter, le long d'au moins une partie de la chambre de refroidissement (4). A cet effet, lors de la coulée du carter, un second noyau de sable (50) est interposé, à côté du premier noyau (40), entre les faces interne et externe du moule, pour la formation d'au moins une chambre d'échange (5) du circuit de lubrification, séparée de la chambre de refroidissement (4) par une paroi (15) d'échange de chaleur.
Description
Procédé de réalisation d'un carter de moteur et carter de moteur réalisé
selon le procédé
L'invention a pour objet un procédé de réalisation d'un carter de moteur à piston avec refroidissement du fluide lubrifiant.
D'une façon générale, un moteur à combustion interne comporte plusieurs pistons coulissant, chacun, dans un cylindre et reliés, généralement par un système bielle-manivelle, à un mécanisme d'actionnement.
L'ensemble est placé dans un carter ayant une partie supérieure entourant les cylindres et les pistons et une partie inférieure dans laquelle tourne un vilebrequin relié au cylindre par des bielles.
Le carter est fermé par une culasse sur laquelle sont montées les soupapes, les moyens d'admission du combustible et du comburant et les moyens d'évacuation des gaz.
Tous ces organes doivent être lubrifiés et le carter porte donc un circuit de circulation d'un fluide lubrifiant, normalement de l'huile, comportant des canaux ménagés, en particulier, dans la culasse et un circuit de retour de l'huile, par gravité, dans une nappe de réserve se trouvant dans la partie inférieure du carter.
Les moteurs à combustion interne utilisent de plus en plus d'artifices tels que VVT, poussoirs débrayables, etc... qui consomment une assez grande quantité d'huile et, bien entendu, celle-ci s'échauffe et doit être refroidie puisqu'elle circule en circuit fermé. Différents systèmes ont été prévus à cet effet.
Dans la disposition décrite, par exemple, dans le document US 2002/0170524, l'huile ayant lubrifié les organes de la culasse redescend vers la nappe inférieure en passant par une chambre ménagée autour de la paroi inférieure du carter dont la paroi est munie, à ce niveau, d'ailettes de refroidissement. Pour obtenir la surface d'échange nécessaire, un tel radiateur air/huile, placé habituellement sur le côté du carter, doit être relativement important et augmente, donc, l'encombrement du moteur.
D'autre part, les cylindres où se produit la combustion doivent être refroidis énergiquement et, habituellement, sont entourés d'une chambre d'eau ménagée dans l'épaisseur de la paroi du carter et ayant, en section transversale, un profil enveloppant celui de l'ensemble des cylindres.
Pour éviter l'utilisation d'un radiateur air/huile extérieur, il est intéressant de transférer les calories de l'huile au liquide de refroidissement du moteur qui, lui-même, est refroidi énergiquement dans un radiateur eau/air.
Par exemple, dans la disposition du document US 6,571,763, un échangeur eau/huile est réalisé en donnant à la partie interne de la chambre d'eau une forme en auge qui permet de ménager une surface d'échange relativement importante le long de laquelle passe un circuit de retour de l'huile vers la nappe inférieure.
Une telle disposition complique, cependant, la réalisation du carter et de la culasse et, en pratique, s'applique à un moteur avec cylindres disposés en V. L'invention permet de résoudre ces problèmes grâce à un nouveau procédé permettant d'intégrer dans la paroi même du carter l'échangeur de refroidissement de l'huile et, ainsi, d'assurer un refroidissement très efficace de l'huile par transfert de ses calories au liquide de refroidissement du moteur, sans augmenter sensiblement l'encombrement du moteur et sans compliquer exagérément la réalisation du carter.
L'invention concerne donc, d'une façon générale, un procédé de réalisation d'un carter de moteur à combustion interne limité par une paroi comportant une partie supérieure dans laquelle est logé au moins un ensemble piston-cylindre formant au moins une chambre de combustion et une partie inférieure dans laquelle est logé un mécanisme d'actionnement, ledit moteur comportant un circuit de refroidissement par circulation d'un fluide caloporteur comportant au moins une chambre de refroidissement ménagée dans l'épaisseur de la partie supérieure de la paroi du carter, autour de l'ensemble piston-cylindre, et un circuit de circulation d'un fluide lubrifiant comportant au moins une chambre d'échange de chaleur avec le fluide de refroidissement.
Conformément à l'invention, on réalise la chambre d'échange de chaleur du circuit de lubrification dans l'épaisseur de la paroi de la partie supérieure du carter, le long d'au moins une partie de la chambre de refroidissement.
De façon connue, la partie supérieure de la paroi du carter peut être réalisée par coulée de métal dans un moule ayant une face interne de limitation de l'ensemble piston-cylindre et une face externe, et la chambre de refroidissement est réalisée au moyen d'un premier noyau de sable de fonderie ayant une partie supérieure interposée entre lesdites faces interne et externe du moule. Dans ce cas, selon l'invention, au moins un second noyau de sable est interposé entre le premier noyau et la face externe du moule, ce second noyau ayant au moins une partie aplatie à section droite oblongue, s'étendant le long d'au moins un côté de la partie supérieure du premier noyau, pour la formation d'au moins une chambre d'échange du circuit de lubrification, séparée de la chambre de refroidissement par une paroi mince.
Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, la partie aplatie du second noyau est munie, du côté du premier noyau, d'une pluralité de rainures pour la formation, sur la paroi de séparation, après démoulage, d'une pluralité de nervures permettant d'augmenter la surface d'échange.
Habituellement, le moteur comporte au moins deux ensembles pistoncylindre centrés sur des axes parallèles placés dans au moins un plan médian, et entourés d'une chambre de refroidissement annulaire comportant, en section transversale, au moins deux parties circulaires sécantes centrées respectivement sur l'axe de chaque cylindre de façon à envelopper la paroi externe de celui-ci à une faible distance. Dans ce cas, de façon particulièrement avantageuse, le second noyau de sable placé sur au moins un côté du premier noyau de formation de la chambre de refroidissement présente une face interne comportant, au niveau de chaque plan médian transversal entre deux cylindres, une partie incurvée vers l'intérieur de façon à suivre sensiblement le profil de la face externe du premier noyau, à une faible distance de celle-ci.
Selon une autre caractéristique préférentielle, le second noyau de formation de la chambre d'échange est prolongé vers le bas, au niveau de chaque plan transversal entre deux cylindres, par une jambe verticale permettant la formation entre les deux cylindres voisins, d'un conduit de redescente du lubrifiant vers la partie inférieure du carter.
L'invention couvre également un carter de moteur à combustion interne réalisé selon le procédé.
D'autres caractéristiques avantageuses de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'un mode de réalisation particulier, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté sur les dessins annexés.
La figure 1 est une vue d'ensemble schématique, en coupe transversale, d'un carter de moteur à combustion interne.
La figure 2 est une vue de détail, en coupe axiale, de la partie supérieure de la paroi du carter.
La figure 3 est une vue en coupe transversale selon AA de la figure 2.
La figure 4 montre, en perspective, l'association des deux noyaux, respectivement de chambre d'eau et de redescente d'huile.
La figure 5 est une vue en perspective du noyau de redescente d'huile.
La figure 6 est une vue de face des deux noyaux de sable.
La figure 7 est une vue en perspective, avec arraché partiel, de l'ensemble du carter.
Sur la figure 1 on a représenté, en coupe par un plan passant par l'axe d'un cylindre, l'ensemble du carter 1 d'un moteur à combustion interne comportant, par exemple, quatre cylindres en ligne dans le mode de réalisation représenté sur la figure 6.
Comme habituellement, le carter 1 comporte une partie supérieure 11 entourant les cylindres 2 et une partie inférieure 12 dans laquelle est logé le mécanisme d'actionnement non représenté comportant un vilebrequin entraîné en rotation, autour d'un axe horizontal O, par quatre manivelles reliées chacune, par une bielle, à un piston 2a (figure 2) coulissant dans un cylindre 2 centré sur un axe vertical 20.
L'ensemble du bloc-moteur est fermé par une culasse 3 appliquée sur une face supérieure 13 du carter et dans laquelle sont ménagés des conduits 31 d'admission et d'évacuation des gaz, fermés par des soupapes 32, divers organes pouvant en outre, être montés dans la culasse 3.
De façon connue, les cylindres sont refroidis par circulation d'un liquide de refroidissement dans une chambre annulaire 4 ménagée dans l'épaisseur de la paroi 10 de la partie supérieure 11 du carter. Dans le cas habituel, représenté sur la figure 7, où le moteur comporte, par exemple quatre cylindres 2 à axes parallèles centrés dans un plan médian longitudinal P, la chambre de refroidissement 4 présente, en section transversale, un profil annulaire comportant une succession de parties circulaires sécantes centrées respectivement sur l'axe 20 de chaque cylindre, de façon à envelopper, à une faible distance, la paroi externe 14 desdits cylindres.
Selon une technique connue, le carter étant réalisé en métal moulé, cette chambre de refroidissement est obtenue au moyen d'un noyau en sable de fonderie 40, représenté en perspective sur la figure 4, et constitué luimême d'une succession de parties circulaires sécantes 41a, 41b.... Ce noyau 40 est placé, avant la coulée de métal, entre les deux faces, respectivement interne et externe du moule et est réalisé de façon connue, en un sable de fonderie pouvant être détruit et évacué après solidification du métal afin d'obtenir, en creux, la forme désirée de la chambre de refroidissement.
Les différents organes d'admission et d'évacuation des gaz, montés dans la culasse 3, doivent être refroidis et c'est pourquoi la chambre de refroidissement 4 est prolongée, à l'intérieur de la culasse 3, par une pluralité de canaux 33 qui communiquent avec la chambre de refroidissement 4 par des orifices 42 ménagés dans la face supérieure 13 du carter.
Comme le montre la figure 4, ces orifices 42 sont obtenus au moyen de parties en saillie 42' ménagées à la partie supérieure du noyau 40 qui présente ainsi un profil crénelé.
Les différents organes et artifices montés dans la culasse 3 doivent également être refroidis par circulation d'un lubrifiant dans des circuits 34 ménagés dans l'épaisseur de la paroi de la culasse 3. Comme indiqué plus haut, ce fluide lubrifiant doit être refroidi avant de revenir dans la nappe d'huile placée dans la partie inférieure 12 du carter.
A cet effet, selon l'invention, une chambre 5 d'échange de chaleur est ménagée également dans l'épaisseur de la paroi 10 de la partie supérieure 11 du carter, le long de la chambre d'eau 4.
Cette chambre d'échange est réalisée au moyen d'un second noyau de sable 50 ayant une face interne 51 comportant plusieurs parties circulaires sécantes 51a, 51b..., de diamètre un peu supérieur à celui de la face externe 41 du premier noyau de sable 40 afin d'envelopper celle-ci à une faible distance.
Pour la réalisation du carter, ces deux noyaux sont donc placés à l'intérieur du moule et présentent des profils parallèles, écartés l'un de l'autre. De préférence, le noyau de réalisation de la chambre d'échange est constitué de deux parties dont une seule a été représentée sur les figures 4 et 5, et sont placées symétriquement de part et d'autre du plan médian longitudinal P des cylindres 2, chacune à une faible distance de la face externe 41 du premier noyau 40 de réalisation de la chambre de refroidissement 4.
Pour permettre la redescente de l'huile dans la partie inférieure 12 du carter, chacun des deux noyaux 50 de réalisation d'une partie de la chambre d'échange est prolongé vers le bas, au niveau de chaque plan médian transversal Q1, Q2, Q3 entre deux cylindres, par une tige 52 qui est conformé de façon à réaliser, dans l'épaisseur de la paroi 10 du carter, après la solidification du métal et élimination du sable, un conduit 6 communiquant vers le haut avec la chambre d'échange 5 et vers le bas avec la nappe d'huile 14 afin d'assurer le retour dans celle-ci de l'huile après refroidissement dans la chambre d'échange 5.
Comme le montre la figure 3, cette chambre d'échange 5 est donc constituée de deux parties 5a, 5b ayant chacune, en creux, la forme du noyau représenté sur la figure 5 et placées de part et d'autre de la chambre de refroidissement 4 de façon que la face interne 53 de la chambre d'échange 5 suive, au plus près, le profil de la face externe 43 de la chambre de refroidissement 4 de part et d'autre du plan médian longitudinal P. A sa partie supérieure, chaque partie de la chambre d'échange 5 débouche sur la face supérieure 14 de la paroi 10 du carter, par une pluralité d'orifices 52 sur lesquels se branchent, à la fermeture de la culasse 3, des canaux 34 de circulation du lubrifiant vers les différents organes et artifices montés dans la culasse 3.
Ces orifices 52 correspondent, en creux, à des parties en saillie 52' ménagées le long de la partie supérieure de chaque noyau de sable 50.
Ainsi, l'huile ayant servi à la lubrification de ces différents organes descend dans les deux parties de la chambre d'échange 5 en se refroidissant par échange de chaleur avec l'eau de refroidissement, au travers de la paroi intermédiaire mince 15 qui s'étend, sur toute la hauteur des cylindres, entre la chambre de refroidissement 4 et la chambre d'échange 5. L'huile ainsi refroidie se répartit entre les canaux de descente 6 pour revenir à la nappe d'huile 12' ménagée dans la partie inférieure 12 du carter.
On réalise ainsi un refroidissement très efficace de l'huile par échange de chaleur avec l'eau de refroidissement du moteur sans augmentation notable de l'épaisseur de la paroi 10 du carter et, par conséquent, de l'encombrement du moteur.
En effet, comme le montre la figure 7, chaque partie de la chambre d'échange 5 peut avoir une forme aplatie qui ne gêne pas la disposition, à l'intérieur de la paroi 10 du carter, des différents canaux de circulation de l'eau de refroidissement.
Par ailleurs, selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, la paroi 15 de séparation entre la chambre d'eau 4 et la chambre d'huile 5 peut être facilement munie de nervures 16 s'étendant à l'intérieur de la chambre d'échange 5 afin d'augmenter la surface d'échange.
Pour cela, en effet, la face interne 51 du noyau de sable 50 peut, simplement, être munie de rainures verticales 54 entre lesquelles, après démoulage, sont formées des nervures 16.
Ainsi, lorsque l'huile descend par gravité dans les deux parties de la chambre d'échange 5, elle ruisselle le long de la face externe nervurée 16 de la paroi de 35 séparation 15. Par échange de chaleur, une partie des calories de l'huile est prélevée par l'eau circulant dans la chambre de refroidissement 4, qui peut être refroidie très efficacement dans un radiateur classique air/eau.
Bien entendu, l'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre de simple exemple mais couvre, au contraire, toutes les variantes mettant en uvre des moyens analogues ou équivalents.
En particulier, l'invention a été décrite dans le cas d'un moteur à quatre cylindres en ligne mais s'applique, évidemment, à tout type de moteur refroidi par circulation d'un fluide caloporteur dans une chambre entourant les cylindres et, par exemple, un moteur comportant deux rangées de cylindres en V, la forme des chambres d'échange de chaleur pour le refroidissement du lubrifiant étant, simplement, adapté à la forme des chambres d'eau.
Claims (10)
1. Procédé de réalisation d'un carter (1) de moteur à combustion interne limité par une paroi (10) comportant une partie supérieure (11), dans laquelle est logé au moins un ensemble piston-cylindre formant au moins une chambre de combustion (2) et une partie inférieure (12) dans laquelle est logé un mécanisme d'actionnement, ledit moteur comportant un circuit de refroidissement par circulation d'un fluide caloporteur au moins dans une chambre de refroidissement (4) ménagée dans l'épaisseur de la partie supérieure (11) de la paroi (10) du carter, autour de l'ensemble pistoncylindre (2), et un circuit de circulation d'un fluide lubrifiant, comportant au moins une chambre (5) d'échange de chaleur avec le fluide de refroidissement, caractérisé par le fait que la chambre (5) d'échange de chaleur du circuit de lubrification est réalisée dans l'épaisseur de la paroi (10) de la partie supérieure (11) du carter, le long d'au moins une partie de la chambre de refroidissement (4).
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel au moins la partie supérieure (11) de la paroi (10) du carter est réalisée par coulée de métal dans un moule ayant une face interne de limitation de l'ensemble piston-cylindre et une face externe, avec un premier noyau de sable (40), interposé entre lesdites faces interne et externe du moule, pour la formation de la chambre de refroidissement (4), caractérisé par le fait que qu'au moins un second noyau de sable (50) est interposé entre le premier noyau (40) et la face externe du moule, ledit second noyau (50) s'étendant le long d'au moins un côté (41) de la partie supérieure du premier noyau (40) pour la formation d'au moins une chambre d'échange (5) du circuit de lubrification, séparée de la chambre de refroidissement (4) par une paroi (15) d'échange de chaleur.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le second noyau (50) est muni, sur une face interne (51) tournée vers le premier noyau (40), d'une pluralité de rainures (54) pour la formation sur la paroi de séparation (15), après démoulage, d'une pluralité de nervures (16) d'augmentation de la surface d'échange.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, de réalisation du carter d'un moteur comportant au moins deux ensembles piston-cylindre, centrés sur des axes parallèles (20) placés dans au moins un plan médian longitudinal (P) et dans lequel lesdits cylindres (2) sont entourés d'une chambre de refroidissement annulaire (4) comportant, une section transversale, au moins deux parties circulaires sécantes centrées respectivement sur l'axe (20) de chaque cylindre (2) de façon à envelopper la paroi externe (14) de chaque cylindre (2) à une faible distance de celle-ci, caractérisé par le fait que l'on réalise, dans l'épaisseur de la paroi (10) du carter (1), au moins une chambre (5) d'échange de chaleur, au moyen d'au moins un second noyau de sable (50) placé sur au moins un côté d'un premier noyau (40) de formation de la chambre de refroidissement (4), à une faible distance à l'extérieur de celle-ci, et ayant une face interne (51) comportant, au niveau de chaque plan médian transversal (P) entre deux cylindres (2), une partie incurvée vers l'intérieur de façon à suivre sensiblement le profil de la face externe (43) du noyau (40) de formation de la chambre de refroidissement (4), à une faible distance de celle-ci.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le second noyau (50) de formation de la chambre d'échange (5) est prolongé vers le bas, au niveau de chaque plan médian transversal entre deux cylindres par une tige (60) de formation, entre les deux cylindres voisins, d'un conduit (6) de redescente du lubrifiant vers la partie inférieure (12) du carter (1).
6. Carter d'un moteur à combustion interne, limité par une paroi (10) comportant une partie supérieure (11) dans laquelle est logé au moins un ensemble piston-cylindre formant au moins une chambre de combustion (2) et une partie inférieure (12) dans laquelle est logé un mécanisme d'actionnement, ledit moteur comportant un circuit de refroidissement par circulation d'un fluide caloporteur au moins dans une chambre de refroidissement (4) ménagée dans l'épaisseur de la partie supérieure (11) de la paroi (10) du carter, autour de chaque cylindre (2), et un circuit de lubrification comportant des moyens d'échange de chaleur du fluide lubrifiant avec le fluide de refroidissement, caractérisé par le fait que les moyens d'échange de chaleur comportent au moins une chambre d'échange (5) ménagée dans l'épaisseur de la paroi (10) de la partie supérieure (11) du carter, au moins le long d'un côté de la chambre de refroidissement (4) et à une faible distance, vers l'extérieur, de celle-ci.
7. Carter de moteur selon la revendication 6, caractérisée par le fait que la chambre d'échange (5) du circuit de lubrification est séparée de la chambre de refroidissement (4) par une paroi mince (15) qui est munie, sur au moins une face (53), de nervures (16) d'augmentation de la surface d'échange.
8. Carter de moteur selon l'une des revendications 6 et 7, pour un moteur comprenant au moins deux cylindres (2) ayant des axes parallèles et placés dans un plan médian longitudinal (P) du moteur, avec une chambre de refroidissement annulaire entourant les cylindres (2) à une faible distance, caractérisé par le fait qu'il comprend deux chambres d'échange (5a, 5b) ménagées dans l'épaisseur de la paroi (10) du carter et s'étendant respectivement de part et d'autre du plan médian longitudinal (P), sur chaque côté de la chambre de refroidissement annulaire (4), à une faible distance d'une face externe (43) de celle-ci.
9. Carter de moteur selon la revendication 8, caractérisé par le fait que, la chambre de refroidissement annulaire (4) ayant, en section droite, un profil oblong avec, de chaque côté du plan médian (P) au moins deux parties circulaires sécantes, parallèles chacune à l'un des cylindres (20) . Chaque chambre d'échange (5a, 5b) placée d'un côté ou de l'autre de la chambre de refroidissement (4) présente un profil aplati avec une face interne (53) ayant, au niveau de chaque plan médian transversal (P) entre deux cylindres (2), un profil incurvé vers l'intérieur, sensiblement parallèle à celui de la face externe (43) de la chambre de refroidissement (4).
10. Carter de moteur selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé par le fait que la chambre d'échange (5) est prolongée vers le bas, au moins au niveau de chaque plan médian transversal (P) entre deux cylindres (2), par un conduit (6) de retour du lubrifiant vers la partie inférieure (12) du carter (1).
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