Brevet FR2478745A1 — publié le 19810925

La présente invention concerne un joint de culasse pour moteurs à combustion interne à pistons possédant une chambre de combustion auxiliaire, en particulier pour moteurs diesel à chambre de précomm bustion à turbulence, dans lequel un constituant délimitant la chambre auxiliaire est introduit depuis la chambre de combustion principale dans un évidement de la tête de cylindre et s'appuie sur le joint de culasse par sa surface de fond tournée vers la chambre de combustion principale, ce joint se composant d'une garniture mole renforcée éventuellement par du métal, et possédant plusieurs passages de traversée, au moins le passage de chambre de combustion étant entouré par une bordure métallique recouvrant des deux coté la garniture molle. Afin d'obtenir un mélange plus intensif et ainsi également une combustion plus intensive du mélange air-carburant, il est connu, dans des moteurs à combustion interne à pistons, en particulier dans des moteurs diesel, de placer en amont de la chambre de combustion proprement dite, c'est-à-dire la chambre de combustion principale, une chambre de combustion auxiliaire dans laquelle est introduit le carburant, par exemple par injection. Des chambres de combustion auxiliaires spéciales sont connues sous les vocables "chambre de précombustion à turbulence" ou chambre Ricardo". I1 est possible d'aménager, par exemple par coulée, de telles chambres de combustion auxiliaires directement dans les têtes de cylindre des moteurs à combustion interne. Du point de vue fabrication, une variante s'est révélée plus favorable dans de nombreux cas, selon laquelle on aménage la chambre de combustion auxiliaire dans un constituant indépendant de la tête de cylindre, appelé pion de chambre de précombustion à turbulence et on introduit ensuite ce constituant dans un évidement de la tête de cylindre prévu à cet effet. On distingue dans ce cas des pions de chambre de pré combustion à turbulence montés depuis le haut et des pions de chambre de précombustion à turbulence montés depuis le bas, c'est-a-dire depuis la chambre de com bustion principale, dans la tête de cylindre j Cette dernière variante est fréquemment préférée pour des raisons de réalisation et de fabri cation. Dans l'état monté de la tête de cylindre, l'élément (pion de chambre de précombustion à turbu lence) délimitant la chambre de combustion auxiliaire s'appuie par une partie de sa surface de fond sur le joint de culasse, si bien qu'une descente ou une chute de l'élément est exclue.La partie restante de la surface de la chambre de précombustion à turbulence, contenant l'ouverture de sortie pour le mélange d'air carburant mis en turbulence dans la chambre de combus tion auxiliaire, est dégagée au-dessus de la chambre de combustion principale. Comme dans la chambre de combustion auxiliai re, par exemple une chambre de précombustion à turbulence, se produit non seulement un mélange intensif du carburent introduit avec l'air de combustion, mais également déjà une précombustion, le fond de la chambre de combustion auxiliaire est soumis à une contrainte thermique parti culièrement élevée. En raison du transfert de chaleur, le joint de culasse est en conséquence très fortement chargé thermiquement dans la zone où il se trouve en contact avec le fond de la chambre de combustion auxi liaire. En fonctionnement pratique dlun tel moteur, il apparaît par conséquent fréquemment des détériorations et une inétanchéité liée à celles-ci du joint de culasse à l'endroit de contact avec le fond de la chambre de combustion auxiliaire.Le contour arqué et les flancs se raccordant directement de la bordure métallique de chambre de combustion du joint de culasse se sont révélés comme la plupart du temps exposés. Si la bordure métal lique de chambre de combustion est endommagée une première fois, il en résulte, par suite de la pression de combustion ainsi que par mouvement alterné de l'élément dans les directions normale et transversale, une destruction progressant rapidement de la garniture molle sous-jacente du joint de culasse. Comme contre-mesure à l'encontre de la destruction partielle décrite ci-dessus du joint de culasse, il est certes déjà connu de réaliser les flancs adjacents à la surface de fond de la chambre de combustion auxiliaire de la bordure métallique de chambre de combustion dans la zone en question sous la forme de "talons", c' est-à-dire agrandis. Cependant un résultat durable n' a pas pu toujours ainsi être obtenu, de sorte que le flanc du joint de culasse se tro-ant au contact du fond de la chambre de combustion auxiliaire doit être considéré tout comme avant comme un point faible particulier. La présente invention a par conséquent pour objet de réaliser un joint de culasse du type indiqué dans le préambule, de sorte que des détériorations prématurées provoquées par le fond adjacent de la chambre de combustion auxiliaire ne soient plus à craindre. Ce problème est, selon l'invention, résolu par le fait que le passage de chambre de combustion et la bordure métallique de chambre de combustion entourant celle-ci présentent dans la zone de la surface de fond de la chambre de combustion auxiliaire une indentation radiale dirigée vers l'extérieur. L'invention s'écarte ainsi totalement, de façon surprenante, de la voie qui avait été offerte par l'état antérieur de la technique, à savoir de renforcer ou d'armer matériellement le joint dans la région exposée. Bien plus, l'invention choisit, totalement à l'opposé, la mesure consistant à déplacer loin vers l'arrière le contour arqué particulièrement exposée de la bordure métallique de chambre de combustion, et ainsi d'éviter un contact du joint de culasse avec la zone particulièrement sollicitée thermiquement du fond de la chambre de combustion auxiliaire.Confor mément à l'invention, le contour arqué de la bordure de chambre de combustion ne suit plus, comme il était habituel jusqu'ici, concentriquement à un écart d'environ 0,5 à 1 mm, le contour circulaire de l'alésage de cylindre, mais il recule localement, directement au-dessous du fond de la chambre de combustion auxiliaire, jusqu'à une zone qui est moins exposée à des températures élevées Afin d'éviter un contact direct de la garniture molle du joint avec la surface de fond d'appui de la chambre de combustion auxiliaire, dans une ferme de réalisation avantageuse de l'invention, la bordure métallique de chambre de combustion peut posséder à proximité de l'indentation, au moins sur le côté tourné vers la chambre de combustion auxiliaire, des flancs prolongés radialement (appelés "talons"), ainsi qu'ils sont déjà en soi connus dans le cas de bordures de chambre de combustion sans indentation. L'idée fondamentale de l'invention peut en outre être perfectionnée par le fait que l'indentation est réalisée arrondie et est disposée symétriquement par rapport à l'axe médian commun du passage de chambre de combustion et de la surface de fond de la chambre de combustion auxiliaire. Par voie de conséquence, cela s'applique également, et est éventuellement prévu, pour les "talons" de la bordure métallique de chambre de combustion du joint de culasse. Les avantages de cette réalisation et de cette disposition symétriques des parties de joint se trouvant en contact avec la surface de fond de la chambre de combustion auxiliaire résident dans une contrainte thermique uniforme de la zone de joint en question et ainsi le risque de détérioration prématurées est encore réduit. Le fait que les transitions des deux côtés de l'indentation soient réalisées arrondies dans la zone circulaire de la bordure de chambre de combustion se répercute en outre favorablement dans le même sens, comme egalement du point de vue fabrication. Pour les raisons précitées, il est préférable que l'indentation et le prolongement radial des flancs de la bordure de chambre de combustion soient également réalisés et disposés symétriquement par rapport à l'ouverture de sortie de la chambre de combustion auxiliaire en direction de la chambre de combustion principale. L'invention est expliquée ci-après en détail à l'aide d'un exemple de réalisation représenté sur le dessin annexé. La Figure 1 est une coupe verticale (coupe I-I de la Figure 2) de la zone de cylindre d'un moteur à combustion interne à un seul cylindre La Figure 2 est une vue de dessus (coupe II-II de la Figure 1) du joint de culasse et de la tête de cylindre selon la Figure 1. Sur la Figure 1, le numéro de référence 10 désigne un bloc cylindre d'un moteur à combustion interne et le numéro de référence 11 l'alésage du cylindre, dans lequel est disposé un piston (non représenté) pouvant aller et venir. Sur le bloc cylindre 10 est placée une tete de cylindre 12, un joint de culasse 13 étant inséré de façon usuelle entre le bloc cylindre 10 et la tête de cylindre 12. Le bloc cylindre 10 et la tête de cylindre 12 présentent des cavités ou des canaux 14 à 18 qui sont parcourus par de l'eau de refroidissement. Comme le montre la Figure 2, le joint-de culasse 13 possède des évidements 19, 20 et 21 qui permettent le passage d'eau de refroidissement de la tête de cylindre 12 dans le bloc cylindre 10, ou inversement. A la circulation d'eau de refroidissement à travers le joint de culasse 13, servent encore cinq autres alésages de même diamètre désignés par le numéro de référence 36. La tête de cylindre 12 est de façon connue et par conséquent non représentée fixée au bloc cylindre 10 au moyen de vis, et serrée vis- -vis de celui-ci avec compression du joint de culasse 13. Le joint de culasse 13 présente dans ce but des perçages de traversée 22 pour les vis de fixation. En outre, dans le joint de culasse 13 est aménagé un évidement central 23 de grandes dimensions, appelé passage de chambre de combustion, dont le bord est entouré par une bordure métallique 24. Le reste de la garniture du joint, indiqué par des hachures croisées et désigné par le numéro de référence 25 peut être une garniture molle, qui peut éventuellement être renforcée par du métal. Les flancs 26, 27 de la bordure métallique 24 recouvrent, comme le montre la Figure 1, des deux côtés, la garniture molle 25 et viennent au contact des surfaces frontales du bloc cylindre 10 et de la tête de cylindre 12. Le bord du passage 23 de chambre de combustion, c'est-à-dire la bordure métallique 24 de celui-ci, forme le délimitation radiale de la chambre de combustion principale désignée par 28, dans le bloc cylindre 10.On parle par conséquent dans le cas d'une telle bordure métallique (telle que désignée par 24 dans le présent cas) d'une "bordure de chambre de combustion". La Figure 1 permet de constater qu'il s'agit dans le cas du moteur à combustion interne représenté d'un moteur diesel. Dans la tête de cylindre 12 est disposé, dans un alésage 29, un gicleur de carburant indiqué schématiquement et désigné par le numéro de référence 30, dont la sortie 31 débouche dans une chambre de combustion auxiliaire 32. Une bougie d'allumage 33 sert à l'amélioration du processus de démarrage lorsque le moteur est froid. Deux soupapes parallèles 34, 35 assurent l'alternance de charge dans la chambre de combustion principale 28, c'est-a-dire l'alésage de cylindre 11. La Figure 1 montre en outre clairement que dans un évidement en gradin 38 de la tête de cylindre 12 est introduit un constituant 37 appelé pion de chambre de précombustion à turbulence, qui présente une forme cylindrique étagée correspondante. Le constituant 37 forme la terminaison inférieure de la chambre de combustion auxiliaire 32. Un évidement 39 en forme de fente dans le constituant 37 relie la chambre de combustion auxiliaire 32 à la chambre de combustion principale 28. Lorsque la tête de cylindre 12 est montée (Figure 1), l'élément 37 de chambre de précombustion à turbulence est maintenu par le joint de culasse 13 dans sa position installée. La Figure 2 permet de constater que l'évidement central 23 de chambre de combustion du joint de culasse 13 présente dans la zone de l'élément 37 de chambre de précombustion à turbulence une indentation radiale 40 dirigée vers l'extérieur. L'indentation 40 s'étend symétriquement par rapport à l'axe médian 41, indiqué en trait mixte, du joint de culasse 13. L'indentation fait que la surface frontale de l'élément 37 tournée vers la chambre de combustion principale 28 se trouve en grande partie dégagée au-dessus de la chambre principale, c'est-à-dire ne vient pas, en grande par tie, en contact avec le joint de culasse 13.Un appui de l'élément 37 par le joint de culasse 13 s'effectue ainsi uniquement dans la région extérieure se trouvant la plus éloignée du centre de l'alésage de cylindre 11. On garantit grâce à cette disposition que par l'élément 37 présentant dans sa zone médiane des températures extrêmement élevées, aucune surchauffe ni détérioration du joint de culasse ne peut se produire. Une mesure de protection supplémentaire pour le joint de culasse 13 dans la zone exposée est constituée par le prolongement important prévu des flancs de la bordure métalligue 24 de chambre de combustion. Les flancs prolongés sont désignés par les numéros de référence 42 et 43. La Figure 2 montre en outre clairement que l'indentation 40 elle-même ainsi que ses flancs prolongés 42, 43 sont arrondis et présentent des transitions arrondies. Sur la Figure 2, le rayon de l'indentation 40 est désigné par rl et le rayon de la surface de fond de l'élément 37 de chambre de'précombustion à turbulence par r2. Les rayons rl et r2 doivent être adaptés l'un à l'autre de sorte que l'élément 37 d'une part soit suffisamment soutenu par le joint de culasse 13 et que d'autre part une partie la plus grande possible de sa surface de fond demeure dégagée. Une optimalisation de cette exigence a pu être obtenue par des essais en choisissant le rayon rl de l'indentation 40 environ 2 mm plus petit que le rayon r2 de l'élément 37 de chambre de précombustion à turbulence. L'attention est, pour finir, encore attirée sur le fait que l'invention ne se limite en aucune manière à l'exemple de réalisation représenté et décrit ci-dessus d'un moteur à combustion interne à un seul cylindre. Au contraire, les mesures de l'invention peuvent, cela va sans dire, également être appliquées dans le cas de joints de culasse pour moteurs à combustion interne à plusieurs cylindres (par exemple quatre ou six cylindres) avec le même résultat satisfaisant. REVENDICATIONS 1* Joint de culasse pour moteurs à combustion interne à pistons possédant une chambre de combustion auxiliaire, en particulier pour moteurs diesel à chambre de précombustion à turbulence, dans lequel un constituant délimitant la chambre auxiliaire est introduit depuis la chambre de combustion principale dans un évidement de la tête de cylindre et s'appuie sur le joint de culasse par sa surface de fond tournée vers la chambre de combustion principale, ce joint se composant d'une garniture molle renforcée éventuellement par du métal et possédant plusieurs passages de traversée, au moins le passage de chambre de combustion étant entouré par une bordure métallique recouvrant des deux côtés la garniture molle, caractérisé en ce que le passage (23) de chambre de combustion et la bordure métallique (24) entourant celle-ei présentent dans la zone de la surface de fond de la chambre de combustion auxiliaire (32) une indentation radiale (40) dirigée vers l'extérieur. 2. Joint de culasse selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bordure métallique (24) de chambre de combustion possède à proximité de l'indentation (40), au moins sur le côté tourné vers la chambre de combustion auxiliaire (32), des flancs (42, 43) prolongés dans le sens radial (41), tels qu'ils sont en soi connus dans le cas de bordures de chambre de combustion sans indentation. 3.Joint de culasse selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que liindentation (40) est arrondie et est disposée symétriquement par rapport à l'axe médian commun (41) du passage (23) de chambre de combustion et de la surface de fond de la chambre de combustion auxiliaire (32). 4. Joint de culasse selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les flancs (42, 43) de la bordure (24) de chambre de combustion prolongés à proximité de l'indentation (40) sont arrondis et sont disposés symétriquement par rapport à l'axe médian commun (41) du passage (23) de chambre de combustion et de la surface de fond de la chambre de combustion auxiliaire (32). 5. Joint de culasse selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les transitions des deux côtés de l'indentation (40) sont réalisées arrondies dans la zone circulaire de la bordure (24) de la chambre de combustion. 6. Joint de culasse selon une des revendications précédentes. caractérisé en ce que l'indentation (40) et le prolongement radial des flancs ( 42, 43) de la bordure (24) de la chambre de combustion sont réalisés disposés symétriquement par rapport à l'ouverture de sortie (39) de la chambre de combustion auxiliaire (32) vers la chambre de combustion principale (28). 7. Joint de culasse selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rayon (r1) de l'indentation (40) de la bordure (24) de chambre de combustion est inférieur au rayon (r2) de la surface de fond d'un pion (37) de chambre de précombustion à turbulence constituant la terminaison inférieure de la chambre de combustion auxiliaire (32),