Brevet FR2432092A1 — publié le 19800222

L'invention concerne une garniture destinée à être introduite dans l'étage d'allumage d'une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, ainsi que son application à la réalisation d'un moteur à combustion la comportant et à la mise en oeuvre d'un procédé pour réparer ou transformer un moteur à combustion interne. L'étage d'allumage d'un cylindre d'un moteur à combustion interne est soumis à des contraintes importantes créées par de grandes variations de température lorsque le moteur fonctionne. Ces contraintes provoquent souvent une déformation et/ou des fêlures ou brèches de l'étage d'allumage de sorte qu'il est nécessaire de changer la tête ou bien de colmater les brèches ou fêlures formées dans la tête usagée et d'usiner de nouveau cette tête afin de pouvoir la réutiliser. Différentes solutions ont été proposées pour pallier et/ou réduire les inconvénients mentionnés ci-dessus. ainsi, le brevet américain No 2 949 901 décrit une garniture intérieure montée de façon amovible dans un creux ou évidement de la zone d'allumage du corps du moteur, un jeu étant laissé entre la périphérie de cette garniture et la paroi périphérique de l'évidement. La paroi découverte de la garniture constitue l'étage d'allumage et elle est soumise, lorsque le moteur fonctionne, aux températures les plus élevées produites dans ledit moteur, mais cette garniture peut se dilater, en raison de la présence du jeu périphérique, sans soumettre le matériau constituant le corps du moteur à des contraintes d'intensité trop élevées. Bien que, dans certains moteurs, l'étage d'allumage soit prévu dans la paroi périphérique d'un cylindre, dans un moteur de type courant, cet étage d'allumage se trouve dans la paroi d'extrémité du cylindre qui est constituée par la surface de la tête du moteur qui coopère avec le bloc moteur. Conformément au brevet mentionné ci-dessus, la garniture est fixée par des boulons ou analogues ou bien la partie périphérique de cette garniture est intercalée ou serrée entre la tête du moteur et le bloc moteur. Bien que ces garnitures se soient révélées très avantageuses pour empêcher l'apparition de brèches ou fêlures dans les têtes de moteur et qu'elles aient ainsi permis de prolonger la durée d'utilisation desdits moteurs, le fonctionnement prolongé de ceux-ci a posé certains problèmes. Ainsi, par exemple, la dilatation de la garniture est, dans une certaine mesure, empêchée par la présence de boulons qui sont nécessairement espacés de l'axe de ladite garniture. De plus, des vibrations trop importantes du moteur risquent de provoquer le desserrage des boulons ou bien un serrage trop important des boulons peut provoquer l'apparition de contraintes excessives sur la tête. De plus, si la garniture n'est fixée qu'en étant intercalée ou serrée entre la tête et le corps du moteur, des mouvements répétées de dilatation et de contraction de cette garniture s'ajout;mnt aux vibrations produites lors du fonctionnement du moteur peuvent provoquer le déplacement de cette garniture vers un point de la paroi cylindrique de l'évidement à l'intérieur duquel ladite-garniture est disposée. Tous les corps de moteurs refroidis à l'aide de liquides présentent un organe intégré en forme de tube traversant la chemise ou chambre de refroidissement entre l'étage d'allumage interne du cylindre et une surface externe du corps pour la réception d'un dispositif d'allumage tel qu'une bougie ou un ensemble d'injection de fuel destiné à produire l'explosion qui commande la marche du moteur, les températures les plus élevées étant produites dans l'étage d'allumage autour du dispositif d'allumage qui est habituellement disposé dans l'axe ou au centre de cet étage d'allumage ou du cylindre.Conformément à l'invention, le corps, habituellement au niveau de la tête, présente un évidement cylindrique managé dans l'étage d'allumage, coaxialement au tube, ainsi qu'un alésage taraudé s'étendant depuis la surface interne dudit évidement jusque dans le tube, coaxialement à celui ci. La garniture de l'étage d'allumage comprend une plaque circulaire dont l'épaisseur est sensiblement égale à la profondeur de l'évidement de sorte que la surface de l'étage d'allumage de la garniture est sensiblement coplanaire à la surface du corps du moteur. La garniture présente un diamètre suffisant pour recouvrir les ouvertures d'admission et d'échappement, diamètre qui est toutefois légèrement inférieur à celui de l'évidement, afin d'obtenir un jeu périphérique entre ceux-ci.pour laisser se dilater ladite garniture lorsque la température augmente pendant que le moteur fonctionne.La garniture présente un bossage axial, dont l'extérieur est fileté, et qui s'étend depuis la face interne de la garniture et un alésage est ménagé axialement dans ledit bossage et ladite garniture afin de recevoir l'extrémité interne du dispositif d'allumage et d'exposer ce dernier à la chambre de combustion. Le bossage de la garniture est vissé dans l'alésage taraudé ménagé dans le corps du moteur jusqu'à ce que la surface interne de la garniture soit fixée de façon rigide à la base de l'évidement ménagé dans le corps du moteur et formant l'étage d'allumage. Afin d'empêcher l'éventuel desserrage de la garniture, à savoir par dévissage dfl aux vibrations du moteur, à la dilatation et à la contraction de cette garniture, celle-ci présente un alésage radial débouchant à sa périphérie et un goujon ou goupille est introduit dans un alésage traversant le corps du moteur, dans la direction radiale de l'évidement, jusque dans l'alésage radial de la garniture, de façon à empêcher que cette garniture tourne mais à lui permettre néanmoins de se dilater dans un plan. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexé. La fig. 1 est une vue plane de l'étage d'allumage d'un moteur à combustion interne du type à injection de fuel ou du type Diesel. La fig. 2 est une coupe partielle prise suivant la ligne 2-2 de la fig. 1. La fig. 3 est une coupe partielle à plus grande échelle prise suivant la ligne 3-3 de la fig. 1. Les fig. 4, 5 et 6 sont des coupes analogues à celle de la fig. 2 mais faisant apparaître des variantes de réalisation conformes à l'invention. Comme illustré au dessin, et en particulier à la fig. 2, une tête 10 d'un moteur présente une partie tubulaire 12 la traversant axialement jusqu'à la face d'allumage, d'un cylindre de combustion 14 d'un bloc 16 dudit moteur, la partie tubulaire 12 délimitant un passage entre le cylindre 14 et l'extérieur du moteur et portant un dispositif d'allumage 18 qui, dans ce cas, est constitué par un injecteur de fuel.La face d'allumage de la tête 10 présente une gorge circulaire 20 dans laquelle peut être introduite, de façon amovible, une garniture circulaire 22 en laissant un jeu périphérique entre la paroi périphérique de la gorge et la surface périphérique de la garniture, jeu constitué par un intervalle 24 destiné à permettre la dilatation de la garniture par rapport à la tête pour empêcher que cette tête soit soumise à des contraintes trop élevées 'provoquées par des variations de température, en particulier une chaleur excessive. La tête 10 présente un alésage taraudé 12', ménagé dans l'axe de la partie tubulaire ou tube 12 et de la gorge 20, et la garniture 22 présente un bossage ou collier intégré 26 dont l'extérieur est fileté de façon à pouvoir être fixé dans ledit alésage 12 coaxialement au tube 12, ce bossage ou collier 26 formant également un siège 28 pour le dispositif d'allunage 18, siège qui, dans ce cas, est constitué par un évidement tronconique destiné à recevoir l'extrémité de 1 'in- jecteur de fuel 18. La garniture est fixée en son centre de façon à ce qu'elle puisse se dilater uniformément dans toutes les directions depuis le point le plus chaud de l'étage d'allumage. Un goujon 30 est introduit et vissé dans un alésage 31 ménagé dans la tette 10, dans une direction radiale de la gorge 20, alésage 31 qui débouche dans la paroi périphérique de ladite gorge 20 et le goujon 30 est monté pour coulisser dans un alésage radial 31' débouchant dans la périphérie de la garniture 22 afin d'empêcher la rotation de cette garniture provoquée par les vibrations du moteur. Le corps du goujon 30 peut coulisser dans l'alésage 31' ménagé dans la garniture 22 afin de permettre le déplacement relatif de cette garniture et de ce goujon lorsque ladite garniture 22 se dilate et se contracte.A titre de variante, le goujon 30 peut être vissé dans la garniture et présenter alors une partie coulissant dans l'alésage 31 ménagé dans la tête mais, dans ce cas, l'extrémité libre du goujon doit être bloquée ou introduite à force dans ledit alésage 31 pour empêcher que la texte dudit goujon fasse saillie au-delà de la paroi externe de la tête lorsque la garniture se dilate. La garniture 2-2, comme illustré à la fig. 1, présente une ouverture d'amenée de fuel 32 alignée avec l'injecteur de fuel 18, deux ouvertures de soupape 34 et 36 alignées avec les passages d'admission et d'échappement et, comme illustré également à la fig. 3, la garniture 22 présente une ouverture 37 alignée avec une entrée d'air de démarrage 38 qui est entourée par une bague 40 introduite dans l'ouverture 37 avec un jeu périphérique formant un intervalle 42, ladite bague étant fixée par un goujon 44 vissé dans la tête 10. Le goujon 44 permet de fixer la bague 40 à la tête 10 et d'empêcher son desserrage sous l'effet des vibrations du moteur, tandis que l'intervalle 42 permet le déplacement de la garniture 22 par rapport à la tête 10 et à la bague 40, lorsque cette garniture se dilate ou se contracte. Les fig. 4 et 5 illustrent des têtes qui ne présentent pas de parties tubulaires 12 intégrées ou dans lesquelles le tube initial présente une épaisseur insuffisante pour pouvoir y ménager l'alésage taraudé 12' sans diminuer d'une façon trop importante la résistance de la paroi du tube en ce point. Ce mode de réalisation de l'invention concerne notamment la réparation de têtes usagées et, dans ce cas, un alésage 50 est percé dans la paroi supérieure de la tête et un alésage 51 dans la paroi inférieure de la tête afin d'enlever le tube d'origine, l'alésage 50 présentant un diamètre suffisant pour recevoir un tube de remplacement 12a présentant des parois d'épaisseur suffisante pour permettre de ménager un alésage taraudé 12a' à son extrémité inférieure, alésage 12a destiné à recevoir le bossage fileté 26 de la garniture 22. A la fig. 4, le tube 12a est introduit dans l'alésage 50 par la paroi supérieure d'une tête 10a. Le tube présente un épaulement 52 formant collier autour de son extrémité supérieure, collier 52 qui est logé dans un évidement 50' entourant l'extrémité externe de ltalésage 50 et présente un alésage taraudé 12a' à son extrémité inférieure pour recevoir le collier ou bossage fileté 26 formé sur la garniture 22. Le tube est fixé à la tête par une bague 54 en forme de O entourant son extrémité supérieure et une rondelle 56, de préférence en cuivre, à son extrémité inférieure et ledit tube est introduit à force ou bloqué dans la paroi interne de la texte. Un ou plusieurs alésages taraudés 57 sont percés dans la tête 10a et le collier 52, et des vis de réglage 58 sont introduites entre le collier 52 et la tête dans lesdits alésages 57 afin d'empocher la rotation du tube. La ou les vis de réglage 58 permettent d'augmenter la résistance de l'injecteur de fuel et d'empêcher un trop grand serrage de celui-ci. La fig. 5 illustre une variante de réalisation du dispositif de la fig. 4 dans laquelle le tube 12b présente un collier fileté 52' de plus petit diamètre, à son extrémité supérieure, collier 52' destiné à coopérer avec une bagueécrou 60 qui peut présenter une fente 62 ou analogue destinée à la visser sur le collier 52'. La tête lOb présente un évidement 50b' de plus grand diamètre à sa paroi supérieure et entourant l'alésage 50 de réception du tube 12b, cet évidement 50b' étant destiné à la mise en place de l'écrou 60. Le tube 12b présente un alésage taraudé 12b' à son extrémité inférieure, alésage 12b' destiné à recevoir le bossage 26 de la garniture 22. Bien que les variantes indiquées précédemment concernent des moteurs pour lesquels le dispositif d'allumage 18 est constitué par un ensemble d'injection de fuel, l'invention peut être également appliquée à des moteurs comportant un dispositif d'allumage du type à bougies, comme illustré à la fig. 6. Dans ce cas, une tête 10' comprend une partie tubu laire 12C qui reçoit librement le bossage fileté 26' d'une garniture Z2' qui est logée dans une gorge 20' ménagée dans la paroi de la tête formant l'étage d'allumage en prévoyant un intervalle ou jeu périphérique 24' entre celles-ci.Le siège 28t, formé dans le bossage 26', est plan de façon à pouvoir recevoir l'extrémité inférieure de la bougie 18' et l'alésage 32' est taraudé afin de recevoir l'extrémité filetée de la bougie et de l'exposer au cylindre de combustion 14' du bloc 16. Un goujon 30' est introduit, à travers un alésage 31a ménagé dans la tête 10', dans un alésage 31b ménagé dans la garniture. Les modes de réalisation décrits dans ce qui précède montrent que l'invention peut être appliquée à de nouveaux corps ou à de nouvelles têtes de moteur auquel cas la gorge 20 et l'alésage 12' peuvent être coulés ou moulés en même temps que le corps ou la tête du moteur, puis l'alésage et la gorge sont usinés pour conférer à la gorge des surfaces lisses et former les filets internes de l'alésage. A titre de variante, si le tube 12 présente un diamètre et une épaisseur de paroi suffisants à son extrémité interne, une tête usagée peut être modifiée par usinage de la gorge 20 puis de l'alésage 12'. Les têtes ou corps de moteur dans lesquels le tube 12 ne présente pas un diamètre suffisant ou dans lesquels l'épaisseur des parois, au niveau de l'alésage 12', n'est pas suffisante pour y ménager ledit alésage, la tête ou le corps peut être alors usiné complètement pour y réaliser les alésages 50 et 51 et pour y introduire un nouveau tube 12a, 12b, comme illustré aux fig. 4 et 5. De plus, dans-ces têtes, la gorge 20 et l'alésage 12' doivent être habituellement usinés dans la paroi formant l'étage d'allumage du corps ou de la tête du moteur. Dans la plupart des cas, actuellement, l'invention peut être appliquée à des têtes usagées qui présentent des brèches ou fêlures dans la surface formant étage d'allumage, brèches provoquées par les contraintes extrêmement fortes imposées par les variations de température et, habituellement, ces brèches ou fêlures apparaissent entre le point d'allumage et le passage d'échappement. Lorsqu'on applique l'invention à ce type de tête usagée, les brèches sont habituellement colmatées d'une façon connue et la surface formant étage d'allumage est usinée afin d'y ménager la gorge 20 et l'alésage 12', les filets internes étant réalisés dans l'alésage lors de l'usinage. De préférence, la-garniture 22 présente un diamètre tel qu'elle recouvre complètement le cylindre de combustion 14 et ses bords de sorte que les bords de la garniture sont intercalés ou serrés entre le corps et le fond de la gorge. Une fois déterminé le diamètre nécessaire de la garniture, on usine la gorge 20 afin de lui conférer un diamètre qui permette d'obtenir un jeu périphérique 24 entre la périphérie de la garniture et la paroi périphérique de la gorge. La garniture 22 est ensuite mixe en place en la vissant d'une façon convenable pour qu'elle soit bien fixée mais sans la serrer trop, ce qui ferait apparaître des contraintes indésirables. Lorsque la garniture est vissée dans la gorge ménagée dans le corps du moteur sans trop la serrer, l'alésage 31 est percé puis taraudé dans le corps du moteur et l'on effectue également le perçage de l'alésage 31' dans la périphérie de la garniture, lesquels alésages 31 et 31' sont destinés à recevoir conjointement le goujon 30. Ce goujon 30 permet d'empêcheur que la garniture 22 soit dévissée ou trop serrée du fait des vibrations du moteur et des variations de température auxquelles cette garniture est soumise et le goujon 30 permet également de maintenir ladite garniture 22 dans une position convenable lors d'opérations ultérieures. Lorsque la garniture est mise en place et fixée convenablement on lui appose des repères destinés à mettre en place les centres des ouvertures d'admission 34 et d1échap- pement 36. Cette opération peut être réalisée de différentes façons mais la plus avantageuse consiste à déterminer la position des centres des ouvertures par l'introduction d'un outil de marquage tel qu'un foret de faible diamètre à travers les guides de soupage, dans le corps du moteur. Un foret de d;a- mètre approprié pour les ouvertures 34 et 36 peut ensuite être appliqué dans l'alignement des centres ainsi repérés, afin de percer lesdites ouvertures.Le centre de l'ouverture 37 destiné à l'admission 38 d'air comprimé, si celle-ci est nécessaire, peut être déterminé par des mesures effectuées en fonction des ouvertures de soupape, de l'ouverture d'allumage et d'autres caractéristiques physiques. Après avoir correctement mis en place la garniture et en avoir terminé la finition, à savoir, par exemple, avoir terminé de fixer éventuellement la bague 40, la surface de la garniture constituant l'étage d'allumage et la surface du corps ou de la titre du moteur qui lui est contigue sont usinées de façon à être coplanaires. Il s'est révélé que la chaleur intense à laquelle la garniture est soumise provoque sa dilatation radiale dans toutes les directions depuis son bossage 26, cette dilatation radiale n'étant en aucune façon empêchée même si le moteur présente une admission d'air comprimé, en raison de la présence du jeu formé par les intervalles 42 autour de la bague 40 entourant l'ouverture, lesdits intervalles 42 permettant la dilatation et le mouvement en résultant de ladite garniture par rapport au corps du moteur et à la bague 40. Tandis qu'une partie de la chaleur absorbée par la garniture est éliminée par la paroi du corps du moteur formant l'étage d'allumage, cette paroi d'épaisseur réduite est maintenue à une température relativement basse par le liquide de refroidissement qui circule dans la jaquette d'eau, et se trouve donc en permanence au contact de cette paroi. De plus, le moteur ainsi modifié permet d'obtenir un meilleur rendement étant donné que la garniture retient la chaleur et provoque une combustion plus complète. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation représentés en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVEND i CÂTIONS 1 - Garniture destinée à être introduite dans un étage d'allumage d'une chambre de combustion d'un corps d'un moteur à combustion interne, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps de forme circulaire, complémentaire à celle d'une gorge circulaire, ménagée dans 11 étage d'allumage et dans laquelle elle peut être disposée de façon à recouvrir au moins une partie de l'étage d'allumage en formant un jeu entre la péri phérie externe du corps de la garniture et la périphérie inter ne de la gorge pour permettre la dilatation thermique du corps de la garniture, en ce que la surface exposée du corps de cette garniture est prévue de façon à correspondre sensi blement à la surface du corps du moteur entourant la gorge, en ce qu'un bossage de diamètre réduit fait saillie axiale ment du centre de la surface interne du corps de la garniture, ce bossage pouvant être vissé dans un alésage ménagé dans le corps du moteur et aligné avec l'axe d'un dispositif d'allu mage monté dans ledit corps du moteur, en ce que le bossage présente une ouverture axiale dont une partie constitue un siège pour le dispositif d'allumage ainsi qu'une ouverture destinée à exposer le dispositif d'allumage à la chambre de combustion, et en ce que le centre du corps de la garniture est fixe, du fait de la présence du bossage, par rapport au point de combustion de la chambre, mais peut librement se dilater dans une direction radiale depuis ce bossage sans être soumis à des contraintes lorsqu'il absorbe la chaleur dégagée par la combustion. 2 - Garniture suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle présente des ouvertures coïncidant avec des passages constitués au moins par les passages d'admission et d'échappement traversant le corps du moteur. 3 - Garniture suivant la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle présente un alésage radial débouchant dans sa paroi périphérique, alésage destiné à recevoir un doigt de verrouillage ou analogue porté par le corps du moteur pour em pêcher la rotation de ladite garniture par rapport audit corps du moteur. 4 - Application de la garniture de l'une des revendica tions 1 à 3 à la réalisation d'un moteur à combustion interne présentant ladite garniture. 5 - Application de la garniture de l'une des revendications 1 à 3 à la mise en oeuvre d'un procédé pour réparer ou transformer un moteur à combustion interne comportant un corps présentant une chambre de combustion munie d'un étage d'allumage entourant un dispositif d'allumage, caractérisée en ce que ce procédé consiste à ménager une gorge circulaire dans l'étage d'allumage ainsi qu'un alésage dans le corpsdu moteur, dans l'alignement de l'axe du dispositif d'allumage, et à prévoir la présence d'une garniture comprenant un corps de forme circulaire complémentaire celle de la gorge circulaire dans laquelle elle est disposée de façon à recouvrir au moins une partie de l'étage d'allumage en formant un åeu entre la périphérie externe du corps de la garniture et la périphérie interne de la gorge pour permettre la dilatation thermique du corps de garniture, la surface découverte de cette garniture présentant une forme correspondant sensiblerent à celle de la surface du corps du moteur entourant la gorge, un bossage de diamètre réduit faisant saillie axialement de la surface interne du corps de la garniture, bossage qui est vissé dans l'alésage ménagé dans le corps du moteur, qui est traversé en outre par une ouverture axiale et qui présente une partie délimitant un siège pour le dispositif d'allumage, ainsi qu'une ouverture pour exposer ce dispositif d'allumage à la chambre de combustion, le centre du corps de la garniture étant fixe, du fait de la présence du bossage, par rapport au point de combustion de la chambre, mais pouvant librement se dilater dans une direction radiale depuis ce bossage sans etre soumis à des contraintes lorsque ia garniture absorbe la chaleur dégagée par la combustion. 6 - Application suivant la revendication 5, caractérisée en ce que ledit procédé consiste à percer un alésage dans le corps du moteur depuis l'extérieur de celui-ci jusqu'à la paroi de la gorge et dans la périphérie de ladite garniture, dans une direction radiale de cette gorge et de cette garniture, et à introduire un goujon ou organe de verrouillage analogue dans ces deux alésages de façon à empêcher la garniture de tourner. 7 - Application suivant les revendications 5 et 6, caractérisée en ce que des passages sont ménagés dans le corps du moteur, à savoir au moins des passages d'admission et d'échappement débouchant dans la zone inscrite dans la gorge, et en ce qu'il consiste à former dans la garniture des alésages alignés avec lesdits passages. 8 - Application suivant les revendications 5 à 7, caractérisée en ce que ledit procédé consiste à usiner la surface exposée de la garniture formant l'étage de combustion ainsi que la zone du corps du moteur, qui- entoure cette surface et qui lui est contiguë, de façon à ce qu'elles soient coplanaires. 9 - Application suivant les revendications 5 à 8, caractérisée en ce que, lorsque l'étage de combustion a été tordu ou présente des brèches ou fêlures provoquées par des contraintes thermiques, ledit procédé consiste à réparer et à colmater lesdites brèches, à ménager ladite gorge dans l'étage d'allumage et à recouvrir la zone ainsi réparée par la garniture.