Brevet FR2220681A1 — publié le 19741004

L'invention concerne un dispositif destiné à assurer itétanchéité et le maintien en position d'un couvercle de cylindre par rapport à la chemise de cylindre correspondante dans des moteurs à pistons, en particulier des moteurs à combustion interne à pistons alternatifs. Dans les dispositifs connus de cette catégories le couvercle de cylindre est généralement centré sur la chemise du cylindre au moyen d'une nervure s'engageant dans une rainure et est serré fortement par des vis tendeuses, le cas échéant avec interposition d'une garniture d'étanchéité. Plus particulièrement dans des moteurs à combustion interne à pistons alternatifs, la combustion et les phénomènes d'échange de gaz s'accompagnent de fluctuations importantes de la pression dans le cylindre. On a pu constater que ces fluctuations erbratnent, notamment dans la zone supérieure de la chemise du cylindre, des élargissements élastiques croissants et décroissants.Des élargissements variables analogues de la partie supérieure de la chemise ainsi que de la zone inférieure du couvercle de cylindre sont provoqués par les actions thermiques alternées dues à des fluctuations de la puissance délivrée, par exemple au passage de la Sine charge à la marche à vide. Ces mouvements relatifs entre le collet de la chemise et le' cou- vercle du cylindre ou les joints d'étanchéité interposés conduisent à une usure rapide de ces éléments se matant l'un dans autre. Lut usure des surfaces de portée réciproques est accélérée encore par la formation de rouille dlajustement due Üx mouvements relatifs constants.L'application irrégulière obvenant de cette usure, ou existant éventuellement d'emblée n raison d'inexactitudes de fabrication, peut bien être esmpensée par une déformation plastique de ces éléments sous ltaction de la force exercée par les vis de serrage, ainsi quepar le chocs auxquels ces éléments sont soumis au cours de la combustion et par suite des phénomènes d'échange de gaz. La déformation plastique a toutefois pour conséquence un durcissement du matériau, de sorte quelle ne peut pas se répéter un notre quelconque de fois.Au démontage et au remontage, par exemple du couvercle de cylindre à des fins d'entretien, il est donc indispensable, pour obtenir une action d'étanchéité minimum, de veiller soigneusement à ce cue tous les éléments reprennent exactement au remontage leur position d'origine. On ne peut y parvenir que de façon limitée, de sorte que le bon fonctionnement du moteur est fortement perturbé ensuite par le manque d'étanchéité de la chambre de combustion. Du fait que la force est transmise à la chemise du cylindre dans la zone de la nervure s'engageant dans une rainure, il se produit souvent un flux défavorable de la force dans le collet de la chemise et, par suite, une contrainte supplémentaire de cet élément de construction déjà très fortement chargé de toute façon. La présente invention a donc pour but de réaliser à peu de frais un dispositif du type mentionné au début, qui autorise une charge admissible élevée dans la zone du collet de la chemise du cylindre et assure sans usure sensible, pendant une longue période, une étanchéité satisfaisante dans toute la plage de charge. Conformément à l'inventionJ ce but est atteint par la combinaison des mesures suivantes a) sur les faces frontales tournées ltune vers l'autre de la chemise et du couvercle du cylindre sont prévues des surfaces de portée parallèles, limitées chacune par une nervure de centrage, b) entre les surfaces de portée est insérée une bague métallique, qui est immobilisée en direction radiale sur les nervures de centrage et s'applique par des surfaces d'appui parallèles sur les surfaces de portée voisines dans la zone annulaire du soutien du collet de la chemise sur le corps, c) la bague insérée est pourvue d'une accumulation de matériau périphérique, disposée radialement à l'extérieur des surfaces d'appui, d) du coté tourné vers la chambre de combustion, la bague insérée est munie d'une lèvre d'étanchéité inférieure et d'une lèvre d'étanchéité supérieure, serrées par au moins une surface d'étanchéité sur la surface de portée voisine respectivement du couvercle et de la chemise du cylindre. Par suite de la disposition des surfaces d'appui de la bague insérée dans la zone radiale de'soutien du collet de la chemise sur le corps, les forces exercées par les vis du couvercle de cylindre sont transmises sans couple de flexion au collet de la chemise sur le bloc-cylindre. Le collet de la chemise, sensible aux efforts de flexion et généralement en fonte, n'est donc soumis qu'à des contraintes de pure compression. Du fait que les surfaces d'appui sont déportées loin vers l'extérieur en direction radiale, le couple de flexion exercé par les vis du couvercle de cylindre sur celui-ci ainsi que sur ses oreilles de fixation est réduit encore davantage. L'accumulation radiale. extérieure de matériau confère à la bague insérée une stabilité élevée, de sorte que la dilatation de la bague insérée, sous l'action de la pression d'allumage et sous l'action de la chaleur ne dépasse pas la dilatation des parties environnantes. Les lèvres d'étanchéité disposées radialement à l'intérieur, qui sont appliquées par leurs surfaces d'étanchéité sur les faces de portée correspondantes, notamment par la pression d'allumage, assurent une étanchéité de haute qualité. Etant donné qu'en raison de leur grande élasticité les lèvres d'étanchéité peuvent suivre facilement la déformation croissante et décroissante des parties environnantes, une application des surfaces d'étanchéité sur les surfaces de portée complémentaires est garantie en permanence. L'auto-ajustement des lèvres d'étanchéité à leur entourage sous l'action de la pression d'allumage n'oblige pas la bague insérée à occuper sa position d'origine lors d'un démontage suivi d'un remontage. On a ainsi la faculté avantageuse d'intervertir les bagues de différents cylindres, ainsi que de faire tourner ou de retourner les diverses bagues. Pour assurer ltétanchéité entre la chemise et la culasse d'un cylindre, la demande de brevet allemand M 15 376 a déjà proposé de prévoir des moyens d'étanchéité, susceptibles d'autre appliqués sur leurs portées par la pression des gaz régnant dans le cylindre. Ces moyens peuvent tre eonstitués, par exemple, par des anneaux de tAcle cintrés en U, remplis à leur tour par des rondelles métalliques empilées. Par suite de la forte action des gaz de combustion, il peut arriver toutefois que des impuretés pénètrent entre ces rondelles métalliques, ce qui réduit notablement l'efficacité. Indépendamment de ce danger de dérangement dû à l'action directe des gaz de combustion, il n'est fait état nulle part, dans l'antériorité précitée, du soutien et du centrage du couvercle de cylindre. D'après le brevet allemand nO 1 955 140, on connaet également un agencement comportant, pour la transmission des forces de serrage axiales provenant du couvercle de cylindre, une nervure de centrage se trouvant immédiatement au-dessus de la surface d'appui du bloc-cylindre. A l'exception de cette particularité isolée, l'antériorité ci-dessus n'a aucun autre point commun avec la presente invention. La bague insérée s'applique avantageusement sur les deux nervures de centrage par son bord intérieur radial, limitant les lèvres d'étanchéité. Le centrage intérieur obtenu ainsi, tant par rapport à la chemise du cylindre que par rapport au couvercle du cylindre, permet une dilatation libre sans résistance aussi bien du joint d'étanchéité que des parties environnantes, sans qu'on ait à redouter des efforts de cisaillement dans le collet de la chemise, ou dans le couvercle du cylindre. Du fait que l'immobilisation radiale de la bague insérée est agencée en ajustement avec jeu , il est certain que les lèvres d1étanchéité > même après une forte déformation, peuvent revenir sans obstacle à leur position de départ en conservant une efficacité d'étanchéité permanente. Dans le bord intérieur radial de la bague insérée, il est prévu avantageusement un évidement de section en U, qui délimite, sur les faces frontales de la bague, des branches planes sensiblement parallèles en vue de la formation des lèvres d'étanchéité. Ces branches possèdent une élasticité'très élevée et peuvent par conséquent, sans déformation plastique durable, suivre sans aucune difficulté les mouvements du couvercle du cylindre et du collet de la chemise. Les lèvres d'étanchéité reviennent toujours à leur position d'origine en raison de leur grande élasticité, si bien que l'action d'étanchéité n'est pas altérée, même en service très dur.Sur les faces frontales des lèvres d'étanchéité- voisines des surfaces d'application, sont prévues en échelonnement radial plusieurs surfaces d'étanchéité séparées les unes des autres par des chambres de décharge, ce qui détermine un soutien multiple des lèvres d'étanchéité sur les surfaces de portée voisines. Des lèvres d'étanchéité, mme de très grande longueur et possédant une élasticité très élevée, sont donc exemptes de flexions se superposant aux mouvements du couvercle de cylindre et du collet de la chemise et provenant de la pression d'allumage dans le cylindre. Des mouvements relatifs entre les surfaces d'étanchéité et les surfaces d'application voisines, susceptibles d'entrainer la formation de rouille d'ajustement, sont exclus ainsi dans une très large mesure.S'il existe plusieurs surfaces d'étanchéité, il est certain en outre que mebme en service très dur, au moins rRne surface d'étanchéité s'applique constamment sur les surfaces de portée complémentaires de chaque côté de la bague d'étanchéité. Dans une forme de réalisation de l'invention, les chambres de décharge, au moins les chambres de décharge extérieures radiales de chaque lèvre d'étanchéité, sont mises en communication avec l'atmosphère par une voie d'équilibrage débouchant à l'extérieur, Par ce moyen, les chambres de décharge peuvent être maintenues sans pression, de sorte que les surfaces d'étanchéité s'appliquent étroitement sur les surfaces de portée correspondantes. La distance entre au moins les surfaces dtétan chéité radialement le plus à l'intérieur de chacune des deux lèvres d'étanchéité est légèrement supérieure, à l'état non monté de la bague, à la distance séparant les surfaces d'appui, ce qui permet d'engendrer une précontrainte de manière simple, lors de la mise en place de la bague dans les lèvres d'étanchéité. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, dont la figure unique représente en coupe une partie de la culasse d'un moteur à combustion interne à pistons alternatifs. La chemise de cylindre 1, contenant la chambre de combustion 2, est soutenue par son collet 3 sur le corps indiqué en 4. Dans des moteurs à combustion interne de grandes dimensions, par exemple dans de gros moteurs Diesel, chaque chemise 1 est fermée vers le haut au moyen d'un couvercle de cylindre 5 propre,qui est fixé au corps par un certain nombre de vis 6. Pour commander les opérations de changement de gaz, en particulier sur des moteurs Diesel à grande vitesse qui fonctionnent avec des pressions moyennes élevées dans la chambre de combustion 2 et pour lesquels la présente invention trouve des applications particulièrement avantageuses, il est prévu, dans le couvercle de cylindre 5, des sièges pour les soupapes de distribution.En vue de l'obtura- tion étanche ainsi que de l'immobilisation du couvercle 5 par rap port à la chemise 1 du cylindre, une bague métallique 7 périphérique est insérée entre les faces frontales tournées l'une versl'autre de ces deux. éléments.Plus particulièrement dans des moteurs à combustion interne à pistons alternatifs,la bague compacte 7 assure de minière favorable une bonne évacuation de la chaleur du collet 3 cl chemise, soumis à une forte charge thermique dans le couvercle de cylindre refroidi 5.Par des surfaces d'appui 8, disposées approximativement en prolongement rectiligne au-dessus du soutien du collet 3 de la chemise sur le corps, la bague 7 repose de part et d'autre sur une surface de portée 9 de la chemise 1 et sur une surface de portée complémentaire 10 du couvercle de cylindre 5 De ce fait le collet 3 de la chemise est sollicité seulement à la compression. Un autre avantage réside en ce que le point de rotation du couple de flexion provoqué dans le couvercle de cylindre 5 par les vis de fixation ne se trouve plus dans le fond du couvercle de cylindre en général de relativement faible épaisseur, mais est reporté à peu près dans la zone de la paroi externe verticale du couvercle, où le moment résistant est naturellement de beaucoup supérieur. Dans le présent exemple, la bague 7 est munie, dans la zone de son bord radial intérieur, d'une rainure 11 de section générale en U, ouverte vers la chambre de combustion 2. La rainure 11 peut être facilement exécutée au tour dans la bague 7. Dans la zone de la rainure 11, il se forme ainsi des branches élastiques parallèles longues et planes, constituant une lèvre d'étanchéité inférieure 12 tournée vers la surface de portée 9, ainsi qutune lèvre d'étanchéité supérieure 13 tournée vers la surface de portée 10. Par le bord intérieur radial de la lèvre d'étanchéité 12, la bague 7 est centrée sur une nervure 14 par rapport à la chemise 1 du cylindre. Le couvercle de cylindre 5 s'engage par une nervure de centrage 15 au-dessus du bord intérieur radial de la lèvre d'étanchéité 13. Par suite de-son centrage intérieur bilatéral ainsi assuré, la bague 7 dispose avantageusement d tun degré de liberté pour son mouvement en direction radiale. L'ajustement entre la lèvre d'étanchéité 12 et la nervure de centrage 14, de même qu'entre la lèvre d'étanchéité 13 et la nervure de centrage 15, est agencé de préférence en un ajustement avec jeu, ce qui garantit un déplacement sans dur de la bague 7 par rapport à la chemise 1 et au couvercle 5 du cylindre. Meme s'il se produit des élargissements croissants et décroissants des parties qui les entourent, les lèvres d'étanchéité 12 et 13 peuvent par conséquent revenir sans obstacle sur les surfaces de portée 9 et 10. Du côté tourné vers les surfaces de portée 9, 10 correspondantes, les lèvres d'étanchéité 12, 13 sont pourvues chacune d'au moins une surface d'étanchéité 16. Celles-ci sont repoussées sur leur portée respective par la pression regnant dans la chambre de combustion 2.La force d'étanchéité augmente donc uniformément lorsque la pression dans la chambre de combustion s'élève. Dans la forme de réalisation préférée représentée, il est prévu plusieurs surfaces d'étanchéité périphériques 16, échelonnées radialement, entre lesquelles se trouvent des chambres de décharge 17, constituées par des gorges de faible profondeur. Le soutien multiple obtenu de ce fait confère aux lèvres d'étanchéité une grande stabilité vis-à-vis de la pression régnant dans la chambre de combustion 2. Les gaz parvenant éventuellement de la chambre de combustion 2 derrière les surfaces d'étanchéité 16 peuvent se détendre aussit3t dans les chambres de décharge 17, sans entralner de diminutions sensibles de la force d'étanchéité.Pour éviter que la pression des gaz ne devienne trop grande dans les chambres de décharge 17, on peut prévoir des voies d'équilibrage 18, débouchant radialement vers l'extérieur et faisant communiquer les chambres de décharge 17 avec l'atmosphère. I1 est judicieux de ne mettre à l'air libre que les chambres de décharge 17 radialement le plus à l'extérieur et voisines des surfaces d'appui. Les voies d'équilibrage 18 peuvent être constituées simplement par de petits canaux ou des rainures peu profondes. Les gaz infiltrés sont ainsi évacués à I'extérieuraussitôt après leur pénétration.En conférant aux lèvres d'étanchéité 12 et 13 une épaisseur approximativement égale à 1/5 de celle de la bague 7, on obtient dans beaucoup de cas une élasticité élevée des lèvres d'étanchéité 12, 13, tout en leur conservant ure résistance suffisante. En vue de l'obtention d'une certaine pression d'application initiale des surfaces d'étanchéité 16 sur les surfaces de portée 9 et 10 à l'étant déchargé de la chambre de combustion 2, on peut légèrement cintrer plastiquement vers l'extérieur les lèvres dtétanchéité avant leur montage, de façon que la distance comprise au moins entre les surfaces d'étanchéité 16 se faisant vis-à-vis et radialement le plus à l'intérieur soit un peu plus grande que la distance séparant les surfaces d'appui 8.Une pression d'application initiale suffisante est atteinte en général avec un excédent de cote de deux à trois centièmes de milli > nètre. L'excédent de cote peut être réalisé également par un meulage des surfaces d'appui. Pour adapter la bague 7 aux conditions de place limitées dans la zone de la culasse, les lèvres d'étanchéité inférieure 12 et supérieure 13 peuvent être de longueur différente. Dans le présent exemple, il s'avère favorable, en vue de l'obtention d'une nervure de centrage 14 d'épaisseur suffisante, d'exécuter la lèvre d'étanchéité 12 qu'elle délimite légèrement, plus courte que la lèvre d'étanchéité opposée 13. Au lieu de branches parallèles, on peut utiliser, pour la formation des lèvres d'étanchéité, des branches inclinées en V l'une par rapport à l'autre. I1 subsisterait ainsi une chambre de décharge plus grande entre les surfaces d'étanchéité et les surfaces d'appui 8. La stabilité de forme de la bague 7, même sous des pressions extrêmement élevées dans la chambre de combustion 2, est assurée par une accumulation de matériau 19, en saillie radiale vers l'extérieur et faisant suite à la zone des surfaces d'appui 8. La bague 7 ainsi conformée peut être exécutée en un matériau bon marché, par exemple en fonte ou en acier ordinaire. Il suffit de veiller à ce que des caractéristiques différentes des matériaux, notamment des modules d'élasticité différents, ne puissent donner lieu à des mouvements relatifs entre la bague 7 et les parties environnantes. Pour une bague 7 en acier, les différences de caractéristiques entre l'acier et la fonte, généralement utilisés pour l'exécution de la chemise 1 et du couvercle 5 du cylindre, peuvent être compensées de manière simple par le fait que la largeur de la section pleine de la bague 7 représente environ la moitié de la largeur de la section du collet de la chemise du cylindre. L'exemple de réalisation représenté procure des avantages particuliers dans son application à de gros moteurs Diesel. Ainsi qu'il ressort de l'exposé ci-dessus, la présente invention ntest cependant limitée en aucun cas à cette application. REVENDICATIONS 1.- Dispositif destiné à assurer ltétanchéité et le maintien en position d'un couvercle de cylindre par rapport à la chemise de cylindre correspondante dans des moteurs à pistons, en particulier des moteurs à combustion interne à pistons alternatifs, caractérisé par la combinaison des mesures suivantes :: & sur les faces frontales tournées l'une vers l'autre de la chemise (1) et du couvercle (5). du cylindre sont prévues des surfaces de portée parallèles (9,10), limitées chacune par une nervure de centrage (14,15), b) entre les surfaces de portée (9,10) est insérée une bague métallique (7), qui est immobilisée en direction radiale sur les nervures de centrage (14,15) et s'applique par des surfaces d'appui parallèles (8) sur les surfaces de portée voisines (9,10) dans la zone annulaire du soutien du collet (3) de la chemise sur le corps (4), c) la bague insérée (7) est pourvue d'une accumulation de matériau périphérique (19), disposée radialement à ltextérieur des surfaces d'appui (8), d) du c8té tourné vers la chambre de combustion (2), la bague insérée (7) est munie d'une lèvre d'étanchéité inférieure (12) et d'ante lèvre d'étanchéité supérieure (13), serrées par au moins une surface d'étanchéité (16) sur la surface de portée voisine (9, 10) respectivement de la chemise (i) et du couvercle (5) du cylindre. 2. - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la bague insérée (7) s'applique sur les deux nervures de centrage (14, 15) par son bord intérieur radial limitant les lèvres d'étanchéité (12,13). 3. - Dispositif suivant Itune des revendications L ou 2, caractérisé en ce que 11immobilisation radiale de la bague insérée (7) est agencée en ajustement avec jeu. 4.- Dispositif suivant Itune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans le bord intérieur radial de la bague insérée (7), il est prévu une rainure périphérique de section en U (11), qui délimite sur les faces frontales de la bague (7) des branches (12,13) sensiblement paralleles en vue de la formation des lèvres d'étanchéité (12,13). 5.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, sur les faces frontales des lèvres d'étanchéité (12, 13) voisines des surfaces de portée (9,10), sont prévues en échelonnement radial plusieurs surfaces d'étanchéité (16), séparées les unes des autres par des chambres de décharge (17). 6.- Dispositif suivant Itune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins la chambre de décharge (17) radialement le plus à l'extérieur de chaque lèvre d'étanchéité (12,13) est mise en communication avec l'atmosphère par une voie d'équilibrage (18) débouchant à l'extérieur. 7.- Dispositif suivant ltune quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la distance entre au moins les surfaces d'étanchéité radialement le plus à l'intérieur de chacune des deux lèvres d'étanchéité (12,13) est légèrement supérieure, à l'état non monté de la bague (7), à la distance séparant les surfaces d'appui (8). 8.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la lèvre d'étanchéité (12) coopérant avec la chemise (1) du cylindre est un peu plus courte que la lèvre d'étanchéité opposée (13). 9.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes avec une bague insérée en acier, caractérisé en ce que la largeur de la section pleine de la bague insérée (7) représente au moins environ la moitié de la largeur de la section du collet (3) de la chemise du cylindre.