Brevet FR2518171A1 — publié le 19830617

La présente invention a pour objet un joint de culasse pour moteur à combustion interne avec préchambre de combus- tion. Un joint de culasse est situé, comme montré à la figure 1 du dessin schématique annexé, entre le bloc moteur 2 et la culasse 3 et doit remplir plusieurs fonctions, et notamment: assurer l'étanchéité au liquide de refroidissement et au liquide de lubrification qui circulent entre le bloc moteur et la culasse, assurer l'etanchéité au gaz de combustion à des pressions et des températures élevées, régler l'épaisseur disponible entre culasse et bloc moteur en faisant office de butée de serrage, compenser les irregularités géométriques des plans de joint de la culasse et du bloc moteur de façon à maintenir le contact et conserver l'étanchéité initiale malgré les déformations du moteur survenant au cours du fonctionnement de celui-ci. Habituellement, les fonctions d'étanchéit 4-du joint de culasse sont différenciées L'étanchéité aux fluides, eau-glycol de refroidissement, et huile de lubrification est en général r 6 alis 6 e par le matériau de base du joint, constitué par des cartons d'amiante 4 agrafés sur une tale perforée 5, un tissu métallique enduit sur ses deux faces d'un mélange fibres dtamiante-élastomere etc L'étanchéité au gaz est g néralement réalisée par des "anneaux de feu" métalliques 6 en acier, acier électrozinguë, acier inoxy- dable, acier plaqué aluminium, etc Les moteurs modernes ayant des performances de plus en plus élevées pour une cylindrée donnée, l'étanchéité au gaz est de plus en plus difficile à réaliser, en particulier pour les moteurs diesel o la température et la pression sont plus élevées Les derniers perfectionnements apportés aux moteurs diesel, en particulier l'adjonction d'un système de suralimentation, nécessitent une nouvelle conception des anneaux de feu. Les moteurs diesel possédant une préchambre de combus- tion rapportée de type Ricardo, nécessitent également une conception particulière des joints de culasses. Une solution classique consiste, comme montré à la figure 2, à réaliser une grande aile du c 8 té de la préchambre, mais à avoir une petite aile du c 8 té bloc Cette solution présente l'inconvénient de fournir des pressions trop différentes entre le front de flamme et la préchambre du fait de l'épaisseur du métal de la sertissure qui passe du simple au double. La présente invention vise à pallier ces inconvénients. A cet effet, dans le joint de culasse qu'elle concerne, du type dans lequel l'étanchéité au gaz est réalisée par des anneaux de feu métalliques constitués chacun par une pièce associée à une ouverture du joint, de manière à recouvrir le bord de ladite ouverture, et présentant deux ailes venant en recouvrement des deux faces du joint, dont l'une des deux a subi un sertissage, l'aile sertie de l'anneau de feu est associée à une plaque métallique engag 6 e entre ladite aile et le joint, et maintenue en place par la pression exercée par cette dernière. Le renforcement ainsi réalisé assure une meilleure répartition des pressions dans la zone de la chambre de précombustion et une meilleure résistance mécanique aux hautes températures En outre, le fait de disposer de trois épaisseurs de métal, au lieu de deux avec un anneau de feu traditionnel, permet de mieux moduler l'épaisseur à l'endroit o un renforcement est souhaité La plaque de renforcement peut avoir ou non la même épaisseur que la plaque métallique constituant l'anneau de feu auquel elle est associée. La plaque de renforcement peut être située sur la face du joint tournée vers la préchambre de combustion, ou sur la face opposée du joint tournée du côté oppose à la préchambre. Selon une forme d'exécution de l'invention, la largeur de la plaque métallique de renforcement est supérieure à la largeur de l'aile de l'anneau de feu à laquelle elle est associée. Dans la mesure o les deux ailes de l'anneau de feu sont de largeurs différentes, la plaque métallique de renforcement est associée à l'aile la plus courte. Cet agencement permet donc d'obtenir une aile large non seulement du c 8 t& de la préchambre, mais également du c 8 té du bloc moteur, ce qui permet une meilleure réparti- tion des pressions de contact et une meilleure évacuation thermique par conduction métal sur métal. Si, par exemple, dans la solution classique, l'épais- seur du métal constitutif de l'anneau de feu est de 0,25 mm, l'épaisseur totale du métal en bordure des gaz sera de 1 0,50 mm Dans le cas de l'invention, on peut par exemple utiliser une épaisseur de métal de 0,17 mm, tant pour l'anneau de feu proprement dit que pour la plaque métallique de renforcement, ce qui permet d'obtenir également une épaisseur de 0,51 mm au niveau du front de feu pour garder la même pression de serrage, mais d'obtenir une épaisseur totale de 0,34 mm au regard de la préchambre hors du front de feu, au lieu de 0, 25 mm dans le cas o l'anneau de feu ne comporte qu'une seule aile large Il est donc possible d'obtenir une bonne étanchéité secondaire autour de la préchambre en augmentant la pression de serrage de la zone considérée tout en maintenant la même pression au niveau du front de feu et une meilleure possibilité de modulation des épaisseurs de métal. De même que les anneaux de feu, les plaques de renfor- cement métallique peuvent être en acier, acier électro- zingué, acier étamé, acier inoxydable, ou en acier plaqué aluminium, et leur épaisseur peut varier de 0,05 mm à 0,30 mm. Un choix judicieux de l'épaisseur du-métal de l'anneau de feu principal et de la plaque de renforcement-permet de moduler le rapport des pressions de serrage. A titre d'exemple, si l'anneau de feu a une épaisseur 2518171. de 0,15 mm et la plaque de renforcement, une épaisseur de 0,20 mm nous aurons 0,50 mm de métal au niveau de l'anneau de feu principal et 0,35 mm dans la zone de la préchambre, soit une répartition de '70 100 contre 50 100 dans la solution classique. En fonction des besoins, il est donc possible d'utiliser une plaque de renforcement de même épaisseur ou d'épaisseur différente de celle de l'anneau de feu auquel elle est associée. Selon une autre possibilité, la partie de chaque pièce métallique engagée sous une aile d'un anneau de feu est nervurée. Selon une autre forme d'exécution de l'invention, dans laquelle l'anneau de feu recouvre un élément tel qu' une bande métallique nervurée à-une ou plusieurs épaisseurs ou un anneau qui, disposé au niveau du bord de l'ouverture considérée, est constitué par un anneau ouvert ou fermé contenant par exemple de ltamiante, du cuivre, du laiton,. un alliage réfractaire, du graphite ou une céramique, la plaque métallique de renforcement est disposée de manière à ne fournir une triple épaisseur de métal qu'au niveau de l'élément recouvert par ltanneau de feu. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes d'exécution de ce joint de culasse: Figure 3 est une vue en coupe de ce joint de culasse associé a une préchambre de combustion de type Ricardo pour moteur diesel; Figure 4 est une vue à échelle agrandie du joint de figure 3; Figures 5 à 9 sont des vues correspondant à cinq variantes d'exécution du joint de figure 4. La figure 3 représente le montage avec étanchéité d'un système Ricardo 10 sur la culasse d'un moteur A combus- tion interne Le Ricardo contient une préchambre de combustion 12 L'étanchéité entre la préchambre 10 et le bloc ou la chemise Il est réalisée par un joint de culasse 1 l Ce joint de culasse comporte un anneau de feu 14 possédant une aile large 15 du c 8 té de la préchambre et une aile courte sertie 16 du côté du bloc moteur Du c 8 té du bloc moteur, il est prévu une plaque métallique 17 de renforcement, dont l'extrémité est engagée sous l'aile 16 de l'anneau de feu 14 Cette plaque métallique 17 est de largeur telle qu'elle s'étend sur tout ou partie de la largeur de l'aile 15 au regard de la préchambre. Dans la forme d'exécution représentée, l'épaisseur de la plaque I_ de renforcement correspond & l'épaisseur de l'anneau de feu métallique 14 Cette épaisseur est par exemple de 0,17 mm, ce qui permet, grâce A la triple épaisseur au niveau du front de feu, d'obtenir une épais- seur de métal de 0,51 mmn, et une épaisseur de métal de 0,34 mm au regard du Ricardo. Il est aà noter que la surface de contact entre la plaque 17 et le bloc moteur 11 favorise aussi l'évacuation thermique dans la zone considérée. Les figures 5 et 6 du dessin schématique annexé montrent des variantes du joint de figure 4, dans lesquelles l'anneau de feu 14 est serti en recouvrant un anneau de renforcement métallique ou métalloplastique. Dans la forme d'exécution de figure 5, il s'agit d'un anneau 18 de type fermé, contenant une certaine quantité damiaante 1, tandis que, dans la forme d'exécution de la figure 6, il s'agit d'un anneau 20 de type ouvert contenant également de l'amiante 19 Il est A noter que le matériau contenu dans l'anneau 18 ou l'anneau 20 pourrait être différent de l'amiante et constitué par exemple par du cuivre, du laiton, un alliage réfractaire, du graphite ou une céramique. Il est A noter que, dans les deux cas, il n'y a superposition de la plaque 17 de renforcement avec l'aile courte 16 de l'anneau de feu qu'au niveau de l'anneau central, respectivement, 18, 20. 251817 1 Dans la forme d'exécution représentée à la figure 7, la partie de la plaque de renforcement 17 engagée sous l'aile 16 de l'anneau de feu présente une triple nervure de renforcement 21. Les figures 8 et 9 représentent deux variantes d'exécution de ce joint, dans lequel l'anneau de feu i 14 est serti, dans le cas de la figure 8, sur une bande métallique nervurée 22, et dans le cas de la figure 9 sur deux bandes métalliques nervurées X disposées de part et d'autre d'une bande 24 Dans ce cas encore, la superposition de la plaque de renforcement 17 avec l'aile sertie 16 de l'anneau de - feu 14 se fait au niveau des bandes respectivement 22, 2 et 24 incluses dans l'anneau. Comme il ressort de ce qui précède, l'invention apporte une grande amélioration à la technique existante en fournissant un joint de culasse dont la conception permet de mieux ajuster les pressions par une meilleure modulation de la zone considérée Cette solution a le m 6 rite d'être d'un prix de revient de même niveau que celui du joint de culasse traditionnel, tout en permettant une meilleure modulation des épaisseurs des anneaux de-feu, et en Stant d'un prix de revient qui n'est pas supérieur à celui des Joints de culasses traditionnels. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce joint de culasse, décrites ci-dessus à titre d'exemples; elle en embrasse:, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'appli- cation Ctest ainsi notamment que l'aile sertie de chaque anneau de feu et la plaque de renforcement pourraient être situées non pas du c Sté opposé à la préchambre, mais du c 6 té de celle-ci, sans que l'on sorte pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS - 1 Joint de culasse pour moteur à combustion interne avec préchambre de combustion, du type dans lequel l'6 étan- chéité au gaz est réalisée par des anneaux de feu métalli- ques ( 14) constitués chacun par une pièce associée A une ouverture du joint, de manière à recouvrir le bord de ladite ouverture, et présentant deux ailes ( 15, 16) venant en recouvrement des deux faces du joinm t ( 13), dont l'une des deux a subi un sertissage, caractérisé en ce que l'aile sertie ( 16) de l'anneau de feu est associ 6 e A une plaque métallique ( 17) engagée entre ladite aile et le joint ( 13), et maintenue en place par la pression exerc 6 e par cette dernière. 2 Joint de culasse selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aile sertie ( 16) de chaque anneau de feu et la plaque de renforcement ( 17) qui lui est associ 6 e sont situ 6 es sur la face du joint tournée du côt 6 oppos 6 A la préchambre de combustion. 3 Joint de culasse selon la revendication 1, caract 6 risé en ce que l'aile sertie ( 16) de chaque anneau de feu, et la plaque de renforcement ( 17) qui lui est associ 6 e sont situ 6 es sur la face du joint tourné 6 e du cat 6 de la préchambre de combustion. 4 Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications 1 A 3, caractéris 6 en ce que l'épaisseur de chaque plaque de renforcement (X 7) est égale A l'tpaisseur de l'anneau de feu ( 14) auquel elle est associée. Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications t A 3 t caract 6 ris 6 en ce que l'épaisseur de la plaque de renforcement ( 17) est diff 6 rente de l 't 6 pais- seur de l'anneau de feu ( 14) auquel elle est associée. 6 Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications 1 A 5, caract 6 risé en ce que la largeur de la plaque m 6 tallique ( 17) de renforcement est sup 6 rieure A la largeur de l'aile ( 16) de l'anneau de feu A laquelle elle est associ 6 e. 7 Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications 1 A 6, caractérisé en ce que la largeur de la plaque de renforcement ( 17) est égale A la largeur de l'aile non-sertie ( 15) au droit de la préchambre. 8 Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la largeur de la plaque de renforcement ( 17) est différente de celle de l'aile non-sertie ( 15) au droit de la préchambre - 9 Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la partie de chaque pièce m 6 tallique ( 17) engagée sous une aile ( 16) d'un anneau de feu est nervurée. Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications 1 A 9, caractéris 6 en ce que, dans la mesure o l'anneau de feu ( 14) recouvre un élément tel qu'une bande métallique nervurée ( 22, 23) a une ou plusieurs épaisseurs ou-un anneau ( 18, 20) qui, disposé au niveau du bord de l'ouverture considérée, est constitué par un anneau ouvert ou fermé contenant par exemple de l'amiante, du cuivre, du laiton, un alliage réfractaire, du graphite, ou une céramique, la plaque métallique de renforcement ( 17) est disposée de manière'à ne fournir une triple épaisseur de m 6 tal qu'au niveau de l'6 lèment ( 18, 20, 22, 23) recouvert par l'anneau de feu ( 14).