Brevet FR2496175A1 — publié le 19820618

1.- 2496175 L'invention est relative à une tête de cylindre en métal léger pour un moteur à combustion interne et à pistons alternatifs, tête de cylindre comportant, répartis sur sa péri- phérie, des trous traversants pour des vis afin de permettre la liaison avec un tube de cylindre ou bien avec un bo tier de vile- brequin. De façon connue, dans le cas d'une tête de cy- lindre en métal léger (par exemple en alliage d'aluminium), la surface d'étanchement entre la tête de cylindre et le tube de cylindre est un endroit critique. Il y a lieu de tenir compte dans ce cas, que la tête de cylindre, du fait des positions des canaux d'admission et d'échappement, comporte des emplacements inégalement chauds. Les emplacements les plus chauds se trou- vent dans la zone du canal d'échappement. Il résulte de ceci que ces emplacements présentent également la dilatation thermi- que la plus importante du matériau. Compte tenu des vis ou des tirants munis d'écrous habituellement utilisés, qui présentent une dilatation thermique notablement plus faible que celle de l'aluminium, il se produit sur les appuis des vis ou des écroue, dans la zone la plus chaude de la tête de cylindre et de la sur- face d'étanchement correspondante, des pressions élevées qui, du fait des températures régnant à ces emplacements et de la résistance au fluage en conséquence considérablement réduite de l'aluminium, aboutissent à une déformation plastique de la tête de cylindre dans cette zone. Le but de la présente invention est d'améliorer une tête de cylindre du type initialement mentionné de façon à ce que les inconvénients décrits ci-dessus ne se produisent pas. A cet effet, l'invention concerne une tête de cylindre caractérisée en ce que, dans cette tête, au moins dans la zone du trou traversant de vis subissant le plus fort échauf- fement, est disposée une garniture en un matériau de résistance élevée au fluage sous l'influence de la chaleur et de la pres- sion, cette garniture constituant la surface d'appui pour la tête de vis ou bien pour l'écrou. Grâce la disposition conforme à l'invention, on obtient que les efforts exercés par les vis soient désormais pris à peu près complètement en charge par une garniture, qui, lors du fonctionnement aux températures intervenant à ces empla- 2.- cements, présente une résistahce au fluage sous l'influence de la chaleur et de la pression notablement supérieure à celle de l'aluminium. Grace à cette disposition, il ne se produit plus dans l'aluminium les pressions élevées aboutissant à une défor- mation plastique de la tHte de cylindre dans cette zone. On ob- tient simultanément l'avantage que l'effet d'étanchement entre la tête de cylindre et le tube de cylindre, reste maintenu du fait que le matériau ne se déforme plus. Comme matériaux pré- sentant une résistance élevée au fluage, ont fait lelu preuve des matériaux à base de fer contenant du nickel (Niresist), qui présentent une dilatation thermique voisine de celle des alliages d'aluminium. On peut toutefois envisager également, d'autres matériaux présentant une bonne stabilité de forme à des températures élevées. Notamment pour de hautes températures de fonc- tiomnement, il est avantageux de prévoir que la garniture soit prolongée jusqu'à la surface d'étanchement entre la tete de cy- lindre et le tube de cylindre. Dans ce cas en effet, la garni- -ture, très résistance au fluage, constitue simultanément la surface de liaison dans la zone chaude entre la tête de cylin- dre et le tube de cylindre. Ainsi l'aluminium n'est en aucune façon exposé directement aux efforts de pression développés par les vis. Pour éviter dans ce cas que du fait de la pres- sion de combustion une fente constituant une fuite apparaisse entre la garniture et la tête de cylindre, et qu'ainsi l'étan- chéité au gaz de la tète de cylindre soit altérée, il est pro- posé, selon une autre caractéristique de l'invention que sur la surface d'appui des vis, soit disposée une plaque intermédiaire recouvrant le bord de la garniture. Cette plaque intermédiaire joue alors le r8le de plaque d'étanchement comblant la fente à la limite entre la garniture et le matériau de la tète de cy- lindre. Mais il est également concevable selon une autre caractéristique de l'invention, de prévoir que la garniture dans la zone de la surface d'appui et/ou de la surface d'étanchement entre la tte de cylindre et le tube de cylindre, soit entourée par une couche mince du métal léger, de façon à obtenir ainsi que la tête de cylindre soit étanche au gaz. Dans ce cas, la couche est si,mince que l'effort dM aux vis ou aux écrous est 3.- absorbé par la garniture. Dans le cas o l'emplacement le plus chaud de la tête de cylindre est étroitement limité, il est avantageux, selon une autre caractéristique de l'invention, de prévoir que la garniture revête la forme d'un secteur de cercle, la coupe transversale comportant, dans la zone de la surface d'appui, une largeur plus grande que la surface de base qui lui est as- sociée en parallèle. Cela se présente notamment lorsque dans le cas de têtes de cylindres refroidies par l'air, le canal d'échappement est disposé de telle sorte qu'il est placé du c8té de la sortie de l'air si l'on considère le courant d'air de refroidissement. Selon encore une autre caractéristique de l'in- vention, la garniture est venue d'une seule pièce avec un anneau de même matériau, disposé sur la surface d'étanchement entre a tête de cylindre et le tube de cylindre, ce qui constitue une forme de réalisation particulièrement facile à mettre en oeuvre. Il est certes connu de placer dans la zone des surfaces d'étan- chement des anneaux en un matériau résistant au fluage. Ces an- neaux ont toutefois exclusivement pour but de rendre les surfa- ces d'étanchement, sur lesquelles interviennent des dilatations thermiques différentes du fait des réactions différentes à la température de la tête de cylindre et du tube de cylindre, résis- tantes aux déplacements relatifs intervenant du fait de cette dilatation thermique et donc, résistantes aux déplacements pro- voquant l'usure. On ne peut toutefois pas déduire de ces anneaux classiques le concept de l'invention, à savoir la possibilité de faire agir sur les surfaces d'étanchement, l'effort exercé par les vis, de préférence sans couche d'aluminium interposée, dans la zone la plus chaude de la tête de cylindre. Comme les matériaux les plus résistants au fluage, qui sont pris en consi- dération pour la mise en oeuvre conforme à l'invention, possè- dent une faible conductibilité calorifique, il est avantageux de maintenir à un niveau aussi réduit que possible, le dimension- nement des pièces réalisées en matériau très résistant à la chaleur, de façon que l'évacuation de chaleur dans la tête de cylindre n'en soit pas altérée. En prévoyant que la garniture soit prévue sur plusieurs trous traversants pour les vis ou bien sur tous ces trous, ces garnitures étant reliées entre elles par un anneau 4..- de même matériau, on obtient l'avantage que selon le type de réaction, un certain nombre d'efforts exercés par les vis ou bien l'ensemble de ces efforts, n'agissent qu'indirectement sur le matériau de la tête de cylindre, si bien que les déformations de la tête de cylindre imputables à ces efforts, sont pratique- ment évitées. En prévoyant que la garniture est coulée dans la tête de cylindre et comporte une saillie disposée parallèle- ment à la surface du fond de la tête de cylindre en direction de la chambre de combustion, on résoud le problème d'empêcher que les pressions de gaz élevées dans la chambre de combustion, telles qu'elles se produisent par exemple dans le cas de moteurs à combustion interne suralimentés, poussent les fonds de têtes de cylindre contre la garniture, car, conformément à l'invention, les efforts exercés par les vis n'agissent pratiquement plus directement sur la zone du-fond de tête de cylindre. L'invention va être expliquée plus en détail en se référant à un exemple choisi parmi Vautres, et représenté sur les dessins ci-joints, dans lesquels s - la figure 1 est une coupe transversale d'un ensemble tête de cylindre - tube de cylindre, - la figure 2 est une vue en élévation de la gar- niture conforme à l'invention, - la figure 3 est une vue de dessus de cette garniture - la figure 4 est une vue latérale en coupe de cette même garniture. Sur la figure 1, la tête de cylindre seulement esquissée est désignée par 1, le tube de cylindre par 2, la garniture conforme à l'invention par 3, l'axe du cylindre par 6, la chambre de combustion par 7. La garniture 3 est disposée dans la zone la plus chaude de la tête de cylindre 1. Cette garniture comporte un profil de section transversale approxima- tivement en forme de T et constitue une unité avec un anneau 4 constitué du même matériau. L'anneau 4 a une surface de sec- tion transversale bombée et est disposé de telle sorte sur le fond de la tête de cylindre qu'il constitue avec le tube.de cylindre 2 la surface d'étanchement. Conformément à l'invention, il n'est pas nécessaire que la garniture 3, dans les autres zones de la tête de cylindre 1, qui n'appartiennent pas à la 5.- zone la plus chaude, se présente sous forme d'anneau. La partie 3.1 orientée vers l'extérieur de la garniture 3 comporte un trou traversant pour une vis de fi- xation de la tête de cylindre. En conséquence, la surface su- périeure de la garniture faisant saillie vers l'extérieur cons- titue une surface d'appui 3.2 pour la tête de vis ou bien pour un écrou. La partie 3.3. faisant saillie vers l'intérieur de la garniture 3, présente un contour en forme de couvercle partiel (figure 3), Cette partie 3.3.est dans ce cas étirée en direction de l'axe 6 du cylindre dans une mesure telle qu'elle s'étende au-dessus de la chambre de combustion 7. On obtient ainsi que la zone du fond de la tête de cylindre soit soulevé autour de la garniture 3 sous la pression de gaz de la combustion, car dans la zone de la garniture, l'effort trans- mis par les vis n'agit plus directement sur le matériau du fond de la tête de cylindre. En outre, la saillie 3.3 protège le fond de la tête de cylindre du flux de chaleur en provenance du canal d'échappement chaud, non représenté. Les figures 2 à 4 sont des vues de la garniture 3 avec l'anneau 4 venu d'une seule pièce avec cette garniture. A ce sujet, il y a lieu de remarquer que l'appendice en forme d'anneau est refermé sur lui-même afin de constituer une sur- face d'étanchement d'une seule pièce pour le tube de cylindre 2. Dans le cadre de l'invention, il est également possible de disposer la garniture 3 à chaque emplacement de fixation de la tête de cylindre avec le tube de cylindre ou bien avec le bottier de vilebrequin, ou bien de la prévoir com- me appui de vis sous forme de garniture annulaire fermée à cha- que emplacement de fixation. Il est également possible d'utili- ser en supplément, sur la surface d'étanchement entre la tête de cylindre et le tube de cylindre, un joint annulaire d'étan- chéité connu en soi. 2496 1 7 5 6.- R E v E N D I s A T I O N S 1 - Tête de cylindre en métal léger pour un mo- teur à combustion interne et à pistons alternatifs, tote de cy- lindre comportant, répartis sur sa périphérie, des trous tra- versants pour des vis afin de permettre la liaison avec un tube de c:4lindre ou bien avec un bottier de vilebrequin, tête de cylindre caractérisée en ce que, dans cette tête (1) au moins dans la zone du trou traversant de vis (5) subissant le plus fort échauf ement, est disposée bune garniture (3) en un matériau de rési.;tance é'levee au iuage sous t influence de la chaleur et de la pression, eette garniture constituant la surface d'appui (3.2) pour la tête de vis ou bien pour l'écrou, 2.- Tête de cylindre en métal léger selon la revendication 1, caracteriseée en ce que la garniture (3) est prolongée jusqu'. la sLurface détanchement entre la tête de cy- lindre (1) et le tube de cylindre (2), 3.- Tête de cylindre en métal léger selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que, sur la surface d'appui des vis (3.2) est disposée une plaque intermédiaire recou at le bord de la garniture. 4.- Tgte de cylindre en métal léger selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la garniture (3) dans la zone de la surface d'appui (3.2) et/ou de la surface d'étanchement entre la tête de cylindre (1) et le tube de cylindre (2) est entourée par une couche mince du métal léger. 5.- Tête de cylindre en métal léger selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la garniture (3) rev8t la forme d'unm secteur de cercle, la coupe transversale comportant dans la zone de la surface d'appui (3.2) une largeur plus grande que la surface de base qui lui est as- sociée en parallèle. 6.- Tête de cylindre en métal léger selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la garniture (3) est venue d'une seule pièce avec un anneau (4) de même matériau, disposé sur la surface d'étanchement entre la tête de cylindre (1) et le tube de cylindre (2). 7.- Tête de cylindre en métal léger selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la garniture (3) est prévue sur plusieurs trous traversants pour 7.- les vis ou bien sur tous ces trous, ces garnitures étant re- liées entre elles par un anneau de même matériau. 8.- Tète de cylindre en métal léger selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la garniture (3) est coulée dans la tête de cylindre (1), et com- porte une saillie (3.3) disposée parallèlement à la surface du fond de la t8te de cylindre en direction de la chambre de com- bustion (7).