Brevet FR2022295A1 — publié le 19700731

L'invention concerne la construction de machines à pistons à grande puissance et particulièrement de moteurs à combustion interne. à Dans les machines à pistons, c'est le bloc moteur qui confère/la machine sa structure solide, protège le mécanisme moteur et le carter à huile lubrifiante, loge le vilebrequin et comporte en général les cylindres de travail; Un rible très important du bloc-moteur consiste à transmettre les forces engendrées dans les cylindres de travail entre les pièces constitutives individuelles d'une machine à pistons, de telle sorte que les forces en question se "ferment" en passant par le bloc-moteur entre la culasse, d'une part, et les pistons, les bielles de commande, le vilebrequin et les paliers principaux, d'autre part. C'est, parmi les machines à pistons,dans les moteurs à combustion interne de véhicules, en particulier, que les forces susmentionnées ont une très grande importance. Dans ce cas, une sollicitation thermique considérable s'associe à la sollicitation mécanique de la structure. En même temps, le poids réduit de la machine e-t la fabrication en grande série sont les exigences imposées et cela particulièrement pour les moteurs de véhicules, exigences qui peuvent être satisfaites le plus aisément par l'utilisation de fontes en métal léger. Dans les machines à pistons et les moteurs de véhicules en particulier, le bloc-moteur est principalement en fonte, en acier moulé ou en tôles acier assemblées par soudage. En vue de l'économie de poids, d'une part, et de la fabrication la plus simple, d'autre-part, il est préférable, toutefois, d'employer des blocs-moteurs coulés en métal léger. Quant aux blocs-moteurs de construction classique et en particulier ceux en fonte en métal léger, les forces en question passent par les pièces constitutives du blocmoteur (parois, nervures, etc.). Etant donné que les forces sont extrtmement complexes, il est difficile de les contrôler et les matériaux de structure sont soumis à un effort de fatigue eonsidérable.Comme l'endurance des métaux légers est d'une valeur insignifiante et que la limite de fatigue du matériel ne peut pas Qtre déterminée, les ruptures en service se produisent très fréquemment dans les blocs-moteurs en métal léger, en particu culier dans les moteurs diesel à grande puissance spécifique et à vitesse très élevée, utilisés sur les véhicules Les blocs-moteurs en métal léger ont pour autre inconvénient de rendre la fabrication et l'inspection dif- ficile des parties filetées goupillées longues et profondes des vis d'assemblage soumis à de fortes hargnes, Dans ces conditions, les coussinets des paliers principaux, soumis aux chocs, ne peuvent pas être fixés au bloc-moteur de manière sure, en raison du degré différent de dilatation thermique du bloc-moteur et des coussinets. Etant donné ce qui précède, l'utilisation de blocs-moteurs en métal léger entraîne les inconvénients mentionnés ci-dessus qui ont un effet indésirable au point de vue du poids réduit et de la fabrication économique des moteurs de véhicules. Comparativement aux constructions en fonte ou en acier, les blocs-moteurs en métal léger ont approximativement un poids inférieur de 33 ffi , en raison de la densité plus réduite du métal léger. En même temps, l'endurance d'un bloc-moteur en métal léger peut être doublée et la rigidité peut être augmentée d'approximativement cinq fois, en raison des conditions plus favorables des constructions en métal léger en ce qui concerne les sections transversales.La durée et les dépenses d'usinage d'un bloc-moteur en métal léger ne représentent qu'une fraction des valeurs correspondantes à considérer pour un bloc-moteur réalisé en métal lourd. C'est ainsi que l'emploi de blocs-moteurs en métal léger assure des avantages économiques très importants0 L'invention a pour but d'éliminer les inconvénients se présentant dans l'emploi de blocs-moteurs en métal léger, tout en conservant les avantages établis. Pour atteindre ce but, les blocs-moteurs en métal léger doivent outre exempts des sollicitations de fatigue considérables et des effets de forces complexes.Dans ce but, les blocs-moteurs réalisés selon l'invention sont construits de telle sorte que les efforts de traction et de flexion de fatigue (provoquant des sollicitations importantes) soient transmis entre les pièces constitutives individuelles par l'entremise d'éléments d'acier à haute résistance ; la rigidité et l'endurance de la totalité de la machine sont assurées par la structure en métal léger du bloc-moteur, et le métal léger ne sera soumis qutà leffort de compression vis-à-vis duquel il montre un haut degré de résistance. Ainsi l'invention concerne les blocs-me- teurs des machines à piston, coulés en métal léger, et les moteurs ff combustion interne soumis à une charge spécifique im portaur en particulier, et caractérises par l'incorporation d'éléments en acier à saute résistance dans la structure du bloc-ote- en métal léger et par la "fermeture" à travers les éléments incorporés susmentionnés des forces complexes engendrées dans la machine. La pression du mélange gazeux prenant naissance dans le cylindre agit sur la culasse, d'une part, et sur l'ensemble comportant les pistons, les bielles de commande et le vilebrequin, d'autre part, et se présente sous forme d'un effet réactif dans les paliers supportant le vilebrequin. Dans les solutions classiques, les "flux" de force à sens opposés se "ferment" en passant par le bloc-moteur en le soumettant à une sollicitation de traction et de flexion de fatigue. Dans la réalisation du bloc-moteur selon l'invention, la sollicitation en question est supportée de fa çon appropriée par des éléments en acier à haute résistance reliant la culasse aux paliers dans lesquels tourne le vilebrequin. Ces éléments peuvent convenablement affecter la forme de prisonniers ou de tirants disposés le long de lignes allant de la culasse au chapeau de palier. Les blocs-moteurs selon l'invention peuvent être réalisés aussi de manière que les tirants qui s'étendent à partir de la culasse, en passant successivement dans des alésages ou passages du bloc cylindres soient vissés dans le chapeau de palier en acier, de dimensions appropriées supportant le vilebrequin. Toutefois, dans de nombreux cas la so- lution préférable est celle dans laquelle les manetons du vilebrequin sont entourés par le chapeau de palier en acier et par la partie inférieure 6 du palier, egalement en acier, et les tirants reliés à la partie inférieure du paliers Dans les deux modes de réalisation sus mentionn, les éléments constitutifs des paliers sont fixés au bloc-moteur en métal léger, de manière que le bloc-moteur ne soit sollicit6 que par des forces de cospressaion. La description détaillée de l'invention est donnée sur le dessin annexé, sur lequel Figure 1 représente un bloc-moteur en métal léger, de construction classique et Figure 2 est une vue transversale ou en coupe d'un bloc-moteur réalisé conformément à l'invention. Dans le mode de réalisation du bloc-moteur illustré sur la figure 1, la culasse 2 est fixée au bloccylindre 1, le piston 3, la bielle de commande 4, le vilebrequin 5 ainsi que le chapeau inférieur des paliers principaux 6 sont disposés dans l'intérieur du bloc-cylindre 1. L'action des forces résultant de la pression du mélange gazeux prenant raissance dans le cylindre et dirigée vers le haut et vers le bas, respectivement, est indiquée par les flèches de la ligne cor tinue, tandis que l'action des forces se "fermant" à travers s lt bloc-moteur est représentée par le tracé en traits interromrus et par les flèches qu'ils comportent L'action des forces s'exerçant sur le bloc-moteur provoque une sollicitation de traction et de f-- xion qui est particulièrement indésirable pour le- métal léger. Dans le mode de réalisation du bloc-ff)- teur conforme à l'invention et représenté sur la figure 2, '-culasse 2 est assemblée en haut du. bloc-cylindre 1 de la maniè- re classique, et le piston 3, la bielle de commande 4 et le i- lebrequin 5 sont disposés de la façon habituelle0 Toutefois, dans ce cas, le vilebrequin 5 est logé dans la butée 7 et d as le chapeau de palier 6, et la culasse 2 est reliée à la butés 7 par des tirants 8 passant dans des passages ou des alésage ménagés dans le bloc-cylindre 1. le chapeau de palier 6 et la butée 7 sont fixés au bloc-moteur au moyen de vis, Dans le mode de réalisation du bloc-moteur selon l'invention, c'est seulement les forces de coepresqion qui sont transmises par le bloc-cylindre 1 sous forme d'un flux de force, tandis que la sollicitation de traction et de flexion est supportée par les tirants 80 Le mode de réalisation du blocmoteur selon l'invention présente l'avantage que les parties filetées goupillées exigeant une fabrication délicate doivent être réalisées dans la partie inférieure 6 du palierODu fait que les parties filetées en question sont en acier, il est plus facile de les exécuter de cette manière qu'en cas de métal Iéger.le blocmoteur n'est soumis qu'à la sollicitation de compression et les forces de traction et de flexion de fatigue se "ferment" ainsi en passant par les éléments d'acier à haute résistance dont la limite d'endurance peut être déterminée sans difficulté0 R E V E N D I C A T I QN S lo Machine à pistons et moteur à combustion interne de grande puissance en particulier, comportant habituellement une culasse, un bloc-cylindres et un vilebrequin logé dans le carter et caractérisé par le fait que les paliers, disposés dans le carter en métal léger sont reliés à la culasse au moyen de tirants traversant des passages ou des alésages ménagés dans le bloc-cylindresO 2. Machine à pistons telle que décrite suivant la revendication 1 caractérisée par le fait que les tirants sont fixés dans la partie supérieure des paliers