Brevet FR2545156A1 — publié le 19841102

't T8te de cylindre en métal léger comportant Un anneau de renforcement cylindrique." L'invention concerne une tête de cylindre en métal léger pour un moteur à combustion interne à pistons alternatifs avec un anneau de renforcement cylin- drique venu de fonderie co-axialement à Igaxe du cylindre, et qui comporte différents appendices extérieurs en forme de collerettes à son bord (supérieur) côté commande comme surface d'appui pour les vis de t8te de cylindre, tandis qu'avec sa face frontale (inférieure) cté fond de-la t8te de cylindre, il constitue an moins une partie de la surface d' étanchement de la tête de cylindre, cet anneau -de renforcement étant oonstitué d 'un matériau de résistance mécanique plus élevée que le matériau de la tête de cylindre. Des tettes de cylindres en métal léger avec des anneaux de renforcement de ce type sont notamment mis en oeuvre dans le cas de moteurs à combustion interne re- froidis par l'air, dans lesquels l'obtention de la résis- tance mécanique nécessaire de la tête de cylindre oblige à prendre des dispositions particulières du fait des pas sages d'air de refroidissement occupant un espace impor- tant.Toutefois, de telles têtes de cylindres avec des anneaux de renforcement sont également mises en oeuvre dans le cas de moteurs à combustion interne refroidis à l'eau à cause de la résistance à la chaleur en principe réduite du metal léger lors de sollicitations thermiques élevées. Une tête de cylindre en métal léger selon le préambule est connue.par le document DE-Gm 80 33 192.6. Selon la réalisation de l'anneau de renforcement décrite dans ce document! on arrive en principe à transmettre les efforts d'appui des vis de la t8te de cylindre par rap port à la surface d'étanchement directement par leinter- médiaire de l'anneau comportant un natériau de résistan- ce mécanique plus élevé. La réalisation décrite dans ce document présente toutefois deux inconvénients.L'anneau rendu particulièrement rigide dans la sone des appuis des vis de la tête de cylindre peut, en étant sollicité par la pré contrainte des vis précisément dans la partie plus rigide, subir une torsion par rapport an reste de la partie annulaire et, en conséquence, des manques d'étan- obésité peuvent apparaître la surface d'étanchement dans cette zone. La réalisation du raidissement en forme d'arc se prolongeant dans la partie angulaire plate, ne permet pas de transmettre à la totalité de l'anneau l'ef- fort de soulèvement agissant sur la surface d'appui. Il apparait en outre comme désavantageas que l'anneau de renforcement ait dans sa partie essentielle une section transversale conique , ce qui se traduit par une sorte d'effet d'entaillage dans le matériau plus mou de la tête de cylindre.De ce fait, comme également du fait de la torsion précitée de l'anneau, la formation de fissures est favorisée dans le matériau de la t8te de cylindre alors que le but de l'anneau de renforcement doit précisément être de s'opposer à la formation de fissures. Par le document DE-OS 29 37 788 de la demanderesse, on cornait en soi des plaques de fond placées contre des têtes de cylindres en métal léger, et qui servent à protéger thermiquement le matériau de la t8te. Des appendices de forme annulaires sur ces plaques de fond servent exclusivement à l'évacuation de la chaleur9 aucune indication n'étant donnée dans ce document sur la façon dont les efforts des vis sont transmis dans la t8- te de cylindre. La présente invention a pour but de réaliser l'anneau de renforcement dans la tête de cylindre en métal léger de façon que la résistance mécanique et la rigidité de la t8te de cylindre soient améliorées nom tamment dans la zone du plan de séparation vers la chemise du cylindre ou bien le carter du moteur, et qulen outre, des dispositions soient prises pour que la trans- mission des efforts des vis puisse se faire avec une déformation aussi réduite que possible de l'anneau de renforcement. Ce but est atteint, conformément à l'invention en réalisant la tête de cylindre en métal léger caractérisée en ce que l'anneau de renforcement comporte, sur son bord (supérieur) cOté commande, sur la totalité de sa périphérie, un boudin formant une surface frontale élargie par rapport à l'anneau de renforcement. Grâce à l'unique caractéristique de la forme spéciale de section transversale de l'anneau de renforcement, on obtient simultanément, pour une accpmulation de matériau réduite, et donc une épaisseur de paroi re- duite, ce qui est particulièrement important pour des coefficients de dilatation thermique différents de ceux de la t8te de cylindre, un renforcement de la rigidité de l'anneau et une amélioration de la transmission des efforts de pression à partir de la surface d'étanchement dans le matériau de la t8te de cylindre.Grâce aux surfaces de boudin faisant saillie vers l'intérieur ou vers l'extérieur, on assure pour toutes les variations de tem pératures, une sollicitation sur une grande surface dans le plan de séparation, ce qui empoche la formation de fis sures La disposition et la réalisation du boudin se conforment de préférence aux exigences dSencombrement de la construction de la tête de cylindre et notamment aux dimensions des canaux échange de gaz et à la conforma- tion des nervures de refroidissement et des chambres de refroidissement. Une réalisation particulièrement avantagen- se consiste à prévoir sur le pourtour de la partie annulaire cylindrique, des ajours remplis à la coulée par le matériau de la tête de cylindre et assurant ainsi une liaison encore améliorée par interpénétration de formes entre l'anneau de renforcement et la tête de cylindre. En dehors du fait qu'elles réduisent le risque de la formation de fissures, ces dispositions permettent également une économie non négligeable de poids. Pour pouvoir constituer totalement la sur face d'étanchement nécessaire à partir du du matériau de hau- te résistance mécanique de l'anneau de renforcement, sans devoir pour autant réaliser l'anneau dans son ensemble de façon trop massive, ce dernier est renforcé en section transversale dans la mesure nécessaire, de préférence dans sa zone frontale constituant la surface d'étanche- ment par rapport à la partie annulaire cylindrique. La conformation ainsi décrite de l'anneau de renforcement est déjà apte en el1e-mEme à limiter dans une mesure admissible une déformation de la tête de cylindre, notamment de la plaque de fond, tant sous lein- fluence des efforts développés par les vis que sous l'influence des efforts développés par les gaz. Une amélioration supplémentaire consiste à réaliser, conformément à l'invention, l'anneau de rentrorcement d'une seule pièce avec la plaque de fondj grâce a quoi on obtient une. rigidité supplémentaire et une transmission uniforme des efforts,mais en outre également, une protection thermique du matériau en métal léger résistant de façon limitée à la chaleur. l'anneau de renforcement n'a pas besoin d'être de forme circulaire. Pour obtenir un meilleur ancrages une forme elliptique, avec son grand axe dans le plan des deux soupapes, peut avantageusement outre mise en oeu- vre. De façon générale, on a la possibilité de réaliser le boudin d'ancrage sur le bord de la plaque de fond, de façon qu'en tenant compte de la conformation de la tête de cylindre, notamment des canaux de refroidisse- ment, des perçages de logement, etc.oR une liaison optimale du point de vue de la résistance mécanique soit obtenue entre la plaque de fond et la tête de cylindre0 Comne matériau pour l'anneau de renforcez ment, éventuellement y compris la plaque de fond, tous les matériaux résistants à des températures élevées peu vent entre pris en considération, auquel cas, par suite de la réalisation particuliers de l'interpénétration de formes, une liaison métallique à la surface de séparation entre le matériau de la tête et le matériau de l'anneau n'est pas absolument nécessaire.On peut en conséquence, envisager également des matériaux céramiques ou bien des alliages corroyés céramique-métal et en outre, tous les matériaux métalliques appropriés résistants à des tempé- ratures élevées peuvent être pris en considération, D'autres particularités de l'invention ressortent des figures suivantes - la figure 9 est une vue de dessus d'une tête de cylindre refroidie par l'air, - la figure 2 est une coupe transversale par le plan de la soupape d'injection d'une t8te de cylindre comportant un anneau de renforcement D - la figure 3 est une coupe transversale par le plan des axes des soupapes d'échange de gaz d'une tette de cylindre comportant un anneau de renforcement, Ra figure 4 est une coupe transversale par le plan de la soupape dSinjection d'une tête de cylindre avec un anneau de renforcement et une plaque de fond. - la figure 5 est une coupe transversale par le plan des axes des soupapes d'échange de gaz d'une t8te de cylindre avec un anneau de renforcement et une plaque de fond La figure i montre la taste de cylindre q qui est traversée dans un plan médian par un passage en forme d'Y 2 d'air de refroidissement, et qui est traversé par les canaux d'échange de gaz 3 et 4. La tette de cylin- dre est en outre affaiblie par les perçages de soupapes 5, 6 et par le perçage (7) où est logée la soupape d'injection et contre lequel bifurque le passage d'air de refroidissement.Les positions éloignées l'une de l'autre des perçages S, 9, 10 pour les vis de tEte de cylindre, sont visibles sur la figure. Sur la figure 2 est représentée la t8te de cylindre 1 avec un anneau de renforcement 11, sur le- quel est en particulier visible un appendice 12 en forme de collerette, qui est traversé par le perçage 10 pour la vis de tat5 de cylindre, et qui sert de surface da pui pour cette dernière. Sur cette figure sont sLsiblem en outre, un boudin 13 faisant saillie vers l'intérieur, ainsi qu'un ajour 14 représenté en coupes Comme autres détails, sont également représentés sur la tête de cylindre, le perçage 7 servant à loger la soupape dtinjec- tion et une partie du passage 2 de l'air de refroidissement. La figure 3 est une coups, perpendiculaire à la coupe selon la figure 2, de la texte de cylindre, laissant voir en particulier le canal d'échappement 3 avec le perçage de soupape 5 et le canal d'admission 4 avec le perçage de soupape 6. Entre ceux-ci on voit en détail les nervures verticales de guidage et de refroidis sement du passage d'air de refroidissement. Sur l9anneau de renforcement 11, le boudin 13 faisant saillie vers l'intérieur doit outre éventuellement, pour des raisons de place disponible, légèrement réduit en largeur dans la zone des canaux d'échange de gaz. Les figures 4 et 5 correspondent, en ce qui concerne la disposition de principe, aux figures 2 et 3, les mêmes parties étant affectées des mêmes références. La différence essentielle réside en ce que, sur ces figures 4 et 5, l'anneau de renforcement Il est fermé vers le bas avec une plaque de fond 15. Une autre différence essentielle consiste en ce que le boudin 13, dans le cas de la tette de cylindre selon ces figures, est décalé vers l'extérieur. En outre, dans ce cas, le boudin d'ancrage 13 n'est pas de forme circulaire comme dans le cas des dispositions correspondant aux figures 2 et 3, mais de forme elliptique. ainsi, l'ancrage de la plaque de fond est prolongé des zones de bordures de rigidité réduite de la tgte de cylindre dans ces zones plus solides. Sur la figure 4 est représentée une partie d'une vis 16 de tgte de cylindre, de sorte que son appui sur l'appendice 12 en forme de collerette est visible. R E V E N D I C A T I O N S 1.- D8te de cylindre en métal léger pour un moteur à combustion interne à pistons alternatifs avec un anneau de renforcement cylindrique de de fonderie co-axialement à l'axe du cylindre, et qui comporte différents appendices extérieurs en forme de collerettes à son bord (supérieur) c8té commande comme surface d'ap- pui pour les vis de tête de cylindre, tandis qu'avec sa face frontale (inférieure) c8te fond de la texte de cylindre il constitue au moins une partie de la surface d'étan- chement de la tête de cylindre, cet anneau de renforce- ment étant constitué d'un matériau de résistance mécani- que plus élevée que le matériau de la t8te de cylindre, tête de cylindre caractérisée en ce que l'anneau de renforcement (11) comporte sur son bord (supérieur) caté commande, sur la totalité de sa périphérie, un boudin (13) formant une surface frontale élargie par rapport à l'anneau de renforcement (11) 2.- T8te de cylindre en métal léger selon la revendication 1, caractérisée en ce que le boudin ( 133 est rentré vers l'intérieur par rapport à l'anneau de renforcement (11). 3.- Tête de cylindre en métal léger selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le boudin (13) est prolongé en saillie vers l'extérieur par rapport à l'anneau de renforcement (11). 4.- Tête de cylindre en métal léger selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractériséé en ce que des ajours (14) remplis à la coulée sont ménagés sur le pourtour de la partie annulaire cylindrique. 5.- Tête de cylindre an métal léger selon l'une quelconque des revendications 9 à 4., caractérisée en ce que la partie annulaire cylindrique est augmentée en section transversale dans sa zone frontale du côté du fond de la tête de cylindre. 6.- Tete de cylindre en métal léger selon l'une quelconque des revendications d à 5 caractérisée en ce que la partie annulaire cylindrique est raccordée c3te' du fond de la tdte de cylindre (en dessoua) à une plaque de fond (15) dégagée 7.- Tête de cylindre en métal léger selon ltune quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la partie annulaire présente une forme s'écar- tant du cercle, de préférence une forme dlellipsee