Brevet FR2564146A1 — publié le 19851115

I - Moteur a combustion interne avec boîtes ou fourrures de glissement de pistons La présente invention concerne un moteur à combustion interne qui comporte un couvercle de cylindre et des boîtes ou fourrures de glissement de pistons qui sont munies d'un épaulement d'appui au voisinage du couvercle du cylindre. Dans le cas du mode de construction le plus simple d'un moteur de ce genre, l'épaulement d'appui de la boîte ou fourrure de glisse- ment du piston est constituée par un col relativement plat, qui dépasse quelque peu le diamètre externe de la boîte ou fourrure de glissement de piston, col qui s'applique habituellement avec étanchéité au bâti du cylindre. En ce qui concerne les moteurs relativement gros et dans le cas de puissances relativement élevées, ce mode de construction, selon lequel il se présente un accroisse- ment des forces d'allumage, a pour effet que la limite du pouvoir de charge est atteinte par le fait que l'épaulement d'appui doit être relativement haut en raison du risque de cisaillement dû aux forces d'allumage, de telle sorte que, dans le cas d'un dimension- nement répondant aux forces d'allumage, le dégagement de la chaleur devient défavorable à cause de trajets d'écoulement de chaleur trop longs. Une construction qui, d'une part, est, grâce à une hau- teur convenable de l'épaulement d'appui, suffisamment capable de résister a l'effet de cisaillement dû aux forces d'allumage et qui. d'autre part, ne présente pas de trajets d'écoulement de chaleur trop longs est toutefois, dans la zone de transition entre l'épaule- ment et le (orps du cylindre, fortement chargée par les pressions d'allumage et dilatée. Un guidage dans le bâti, en cet endroit, ne peut être réalisé que difficilement, pour la raison que, de ce lait, les trajets d'écoulement de la chaleur vers la zone refroidie par eau, deviennent encore plus longs. - 2 - Par la publication allemande DE-PS 425 080, on connaît déjà un moteur à combustion interne comportant des boîtes ou fourrures de glissement de pistons munies d'un épaulement d'appui qui présente une rainure, avec un tube de refroidissement noyé dans un alliage bon conducteur, d'o l'épaulement d'appui pourrait toutefois être d'une résistance considérablement affaiblie à l'effet de cisaillement dû aux forces d'allumage. D'autre part, dans le cas d'un autre moteur à combustion interne, qui est connu par la publication allemande DE-OS 27 25 059, la boîte ou fourrure de glissement de piston, qui se réduit à l'extré- mité voisine de la tête du cylindre, est en cet endroit entourée d'un anneau d'appui formant l'épaulement d'appui, anneau d'appui doit être fixé à la boîte ou fourrure de glissement de piston par brasage, par soudage ou par placage à explosion. Etant donné toute- fois que, notamment en ce qui concerne les gros moteurs de navires, une sécurité de fonctionnement absolue doit être assurée, une telle fixation entre la boîte ou fourrure de glissement de piston et l'épau- lement d'appui peut être considérée comme un point d'affaiblissement dans le cas de fortes sollicitations. La présente invention a pour but de procurer une construction de moteur a combustion interne qui permette d'obtenir une diminution de l'effet nuisible de la pression et de la chaleur de combustion agissant de la chambre de combustion sur la boîte ou fourrure de glissement du piston dans le bâti du cylindre. Le but qui vient d'être enoncé est atteint, selon la présente inven- tion, par le fait qu'entre l'épaulement d'appui et le couvercle de cylindre, il est prévu une pièce intermédiaire qui peut être refroi- die par fluide, pièce intermédiaire qui entoure sous forme d'anrneau la chambre de combustion et qui forme la paroi cylindrique de la partie de corps du cylindre au-dessus de la zone ou se trouvent les segmrnents ou anneaux de piston. Cette pièce intermédiaire, que l'on appeilera egalement, dans la suite de cet exposé, "anneau de chambre de combustion", reprend, dans sa hauteur axiale, le rôle de la partie de corps cylindrique de la paroi de la chambre de comrbustion, rôle qui, autrement, était laissé à la boîte ou fourrure de glissement de piston. La chaleur perdue de la chaleur de combustion n'atteint ainsi plus qu'à peine la botte ou fourrure de glissement de piston, et elle est au contraire reprise par la paroi refroidie par fluide de l'anneau de chambre de combustion. La dilatation thermique de la boîte ou fourrure de glissement de piston régresse de ce fait de façon décisive, la charge thermique de l'huile de graissage se réduit et les conditions de glissement des segments ou anneaux de piston sont améliorées dans une mesure considérable. Etant donné la présence de l'anneau qui entoure la chambre de combustion entre le couvercle de cylindre et la boîte ou fourrure de glissement de piston, le bord supérieur de la boîte ou fourrure de glissement de piston ou le bord supérieur de l'épaulement d'appui se trouve à un niveau de profondeur considérablement inférieur par rapport aux pistons et au premier segment ou anneau de pistons qui limite la pression, de telle sorte que la pression d'allumage ne peut plus agir sur la paroi mince de la boîte ou fourrure de glisse- ment du piston, mais est en substance reprise par l'anneau qui entoure la chambre de combustion et par l'épaulement d'appui que comporte la boîte ou fourrure de glissement de piston. Toutes les tensions et dilatations qui se présentent dans le cas des constructions de genre courant et usuel en raison de l'action de la pression d'allumage sont en régression dans une mesure considérable. La réduction de l'apport de chaleur à la face d'enveloppe de la boîte ou fourrure de glissement de_ piston permet de prévoir encore, selon une autre particularité de réalisation du mrnoteur à combustion interne qui tait l'objet de la présente invention, un appui supplémentaire -4- pour la boîte ou fourrure de glissement de piston en dessous de l'épaulement d'appui, dans le bâti du cylindre, ce qui constituait antérieurement un point critique en raison de la grande longueur du trajet parcouru par la chaleur. :5 De plus, étant donné la sollicitation thermique plus faible de la boîte ou fourrure de glissement de piston relativement grande, on peut assurer l'étanchéité de la zone de guidage dans le bâti du cylindre, en utilisant des matières élastomères. La charge du guidage à son appui, due à des déplacements, à l'action de la pression de l'eau ou à l'effet de la corrosion, est de cette manière réduite de façon décisive. Suivant une autre particularité de réalisation du moteur à combus- tion interne qui fait l'objet de la présente invention, l'anneau qui entoure la chambre de combustion est réalisé de telle sorte qu'il entoure au bord supérieur l'épaulement d'appui que comporte la boîte ou fourrure de glissement de piston. S'il a été choisi des matières de résistance convenable à la -traction, l'anneau entourant la chambre de combustion, qui est maintenu relativement froid sous l'effet du refroidissement par fluide, peut de cette manière assurer un appui radial supérieur de la boîte ou fourrure de glisse- ment de piston. Lors du choix des matières à utiliser pour la fabri- cation de l'anneau qui doit entourer la chambre de combustion, il n'est pas nécessaire de tenir compte du glissement ou frottement du piston ou des segments ou anneaux de piston. Etant donné l'appui éventuellement double, la boîte ou fourrure de glissement de piston peut être maintenue à peu près cylindrique dans toutes les condi- tions de fonctionnement. Etant donné sa hauteur élastique, l'anneau qui entoure la chambre de combustion sert avantageusement, en même temps, à assurer une meilleure répartition des efforts des vis qui appliquent le couvercle 2 5 6 4 1 4 6 - 5 - du cylindre en viue d'assurer l'étanchéité de la chambre de combustion. Pour le refroidissement de l'anneau qui entoure la chambre de com- bustion, il est avantageusement prévu un prélèvement sur le conduit qui relie la zone supérieure du bâti du cylindre au couvercle du cylindre. Le fluide de refroidissement peut également être guidé complètement dans l'anneau. Ce guidage du fluide de refroidissement peut avoir lieu en un seul flux, auquel cas l'entrée du fluide de refroidissement et la sortie du fluide de refroidissement se trouveront au même côté de l'anneau, ou le guidage du fluide de refroidissement peut avoir lieu en plusieurs flux. L'anneau qui entoure la chambre de combustion peut également être refroidi séparément et la quantité de fluide de refroidissement peut être réglable en fonction de la charge du moteur, ce qui aura pour effet que les phénomènes de corrosion qui pourraient résulter de températures de paroi trop faibles et la surcharge de l'huile de graissage qui pourrait être due à des températures de paroi trop élevées seront évités. Enfin, il peut être avantageux, en vue d'une meilleure utilisation de la chaleur, que l'anneau qui entoure la chambre de combustion soit refroidi dans un circuit de refroidissement distinct et séparé du refroidissement du moteur, pour la raison que, de cette façon, le Iluide de refroidissement pourra par exemple être utilisé au pré- chauifage de l'eau d'alimentation. On donnera ci-après une explication plus amplement détaillée de la prusente invention en se référant à deux exemples de réalisation du moteur à combustion interne qui en fait l'objet qui seront décrits ci- après et qui sont illustrés par les dessins schématiques annexes à ce mémoire descriptif. Dans ces dessins, 2564 1 46 - 6 - la figure I représente. par une vue partielle, en coupe, un moteur à combustion interne de genre de construction classique et usuel, qui comporte toutefois une boîte ou fourrure de glissement de piston munie d'un épaulement d'appui élevé; la figure 2 représente, par une vue partielle, en coupe, un moteur à combustion interne conçu selon la présente invention, qui comporte un anneau entourant la chambre de combustion et une boîte ou fourrure de glissement de piston raccourcie, et la figure 3 représente, par une vue partielle, en coupe, un moteur à combustion interne qui est également conçu selon la présente invention, mais qui répond à un autre exemple de réalisation de celle-ci, moteur à combustion interne qui comporte un anneau en- tourant la chambre de combustion assurant un appui radial de l'épau- lement d'appui dont est munie la boîte ou fourrure de glissement de piston. Sur la figure I des dessins annexes à ce memoire descriptif, on a désigné le bâti de cylindre ou de moteur par le nombre de réfé- rence I, le couvercle du cylindre, par le nombre de référence 2 et une vis du couvercle du cylindre, par le nombre de référence 3. Dans le bâti I du moteur, il est prévu une boîte ou fourrure de glissement de piston 4 qui est de genre connu et classique, qui comporte toutefois un épaulement d'appui 5, de hauteur relativement importante, et une partie de corps cylindrique 6, nettement plus étroite, par rapport à l'épaulement d'appui 5, la forme de réalisa- tion étant telle qu'entre la partie de corps cylindrique 6 et le bâti I du moteur, il existe un espace 7 réservé à la circulation du fluide de refroidissement. A l'intérieur de la partie de corps cylindrique 6 de la boîte ou fourrure de glissement de piston 4, un piston 8, qui est muni de segments ou anneaux de piston 9, est monté de façon qu'il puisse se déplacer, de laçon connue et courante, de telle sorte que, pour le point mort haut du piston Y, entre celui-ci, l'épaulement d'appui 5 et le couvercle 2 du cylindre, il se forme -7 - une chambre de combustion 10. Par des flèches 11, on a indiqué, sur la figure I des dessins ci-annexés, de quelle manière, dans le cas de ce genre de construction courant et usuel d'une chambre de combustion 10, la chaleur de la combustion, en suivant un trajet, qui est relativement long, dans l'épaulement d'appui 5, est transmise au fluide de refroidissement qui se trouve dans l'espace 7 dont il a été question plus haut. Il va de soi que, du fait de ce dégage- ment de chaleur, qui est défavorable, il peut se produire facilement une surcharge de chaleur de l'huile de graissage, qui sera suivie d'une cokéfaction, ainsi que d'une usure excessive de la chambre de combustion et des faces de frottement ou de glissement des segments ou anneaux de piston. Si l'on tente de raccourcir ces trajets d'écoulement de la chaleur en raccourcissant l'épaulement d'appui, ceci ne va toutefois pas sans un affaiblissement de la cons- I 5 truction, surtout par diminution de la résistance au cisaillement. Sur la figure 2 des dessins qui sont annexés à ce mémoire descriptif, on a représenté un bâti de cylindre, qui est désigné par le nombre de référence 12, ainsi qu'un couvercle de cylindre, désigné par le nombre de référence 13, qui couvre le cylindre. Dans le bâti 12 du cylindre, il est prévu une boîte ou fourrure de glissement de piston 14, qui comporte un épaulement d'appui 15 et une partie de corps cylindrique 16 à la face de déplacement des segments ou anneaux de piston, cette forme de réalisation étant telle qu'entre la partie de corps cylindrique 16 et la partie de bâti 12 du cylindre, il existe un passage 17 par lequel le fluide de refroidissement puisse être guidé. A l'intérieur de la boîte ou fourrure de glissement de piston 14 peut se déplacer un piston 18, muni de segments ou anneaux de piston 19, piston qui, dans la position dans laquelle il est représenté, se trouve à peu près dans la position de point mort haut. Il convient de souligner ici que, commne on peut s'en rendre compte en se référant - 8 - à la représentation du dessin, le piston 18, lorsqu'il se trouve dans la position qui vient d'être indiquée, s'avance, par sa partie qui se trouve au-dessus des segments ou anneaux de piston 19, au-delà du bord supérieur de l'épaulement d'appui 15 que comporte la boite ou fourrure de glissement de piston 14. Dans le cas de la forme de réalisation qui est proposée par la pré- sente invention, il est prévu une pièce intermédiaire 20, également appelée "anneau de chambre de combustion", qui peut être refroidie par fluide et qui forme la paroi cylindrique de la partie de corps cylindrique au-dessus des segments ou anneaux de piston 19, pièce intermédiaire qui, se trouvant entre l'épaulement d'appui 15 et le couvercle 13 du cylindre, entoure sous forme d'anneau la chambre de combustion 21. Dans ce cas, l'anneau de chambre de combustion 20 reprend par conséquent, sur sa hauteur axiale, le rôle de la face d'enveloppe de la paroi de la chambre de combustion, rôle autrement laissé à la boîte ou fourrure de glissement du piston. Par la repré- sentation de la figure 2 des dessins qui sont annexés à ce mémoire descriptif, on a également indiqué de quelle manière le bâti 12 du cylindre, pour un refroidissement de l'anneau de chambre de combustion 20, - refroidissement qui est représenté par des flèches de direction, est relié par un conduit de refroidissement 22 à l'anneau de chambre de combustion. Par la représentation de la figure 3 des dessins qui sont annexes à ce mémoire descriptif, on a illustré une autre forme de réalisation d'un moteur à combustion interne, qui comporte un couvercle de cylindre, désigné par le nombre de référence 23, une boîte ou fourrure de glissement de piston, qui est désignée par le nombre de référence 24, et un anneau de chambre de combustion, qui est désigné par le nombre de référence 25, anneau qui se trouve entre le couvercle 23 du cylindre et la boite ou ferrure de glissement de piston 24. Dans ce cas, le refroidissement de l'anneau de chambre de combustion 2564 1 46 e't r'!ie par un condu;t de relroidis-m'ri::t 20 au couvercle 23 du ludr. et, sur la Figure 3 des dessins,'-arinexes, on a egalemient mindiqué par des flèches la direction qui sera suivie par le fluide de refro:dissenent. Etant donné que l'anneau de chambre de combus- tion 25 peut, en raison du refroidissement par fluide. être maintenu des températures qui seront relativemrnt basses, il est possible, grâce au choix de matières appropriées, présentant une résistance à Id traction de valeur convenable, de pré oir un appui supérieur radial 27 pour la boîte ou fourrure de glissement de piston 24. D'autre part, étant donné l'apport de, haleur relativement faible à la boite ou fourrure de glissement de piston 24, celle-ci peut encore être munie d'un autre appui, l'appui désigné par le nombre de référence 28, en dessous de son épaule-mer.î d'appui dans le bâti, et à cet appui supplémentaire 28, l'étanchéité peut être assurée à l'aide d'un joint de caoutchouc, désigné par le nombre de réfé- rence 29. 2564 1 46 - Revundications 1. Moteur à combustion interne qui comporte un couvercle de cylindre et des boîtes ou fourrures de glissement de pistons munies d'un épaulement d'appui au voisinage du couvercle du cylindre, le moteur à combustion interne étant caractérisé en ce qu'entre l'épaulement d'appui (15; 24) et le couvercle (13; 23) du cylindre, il est prévu une pièce intermédiaire (20; 25) qui peut être refroidie par fluide, pièce intermédiaire (20; 25) qui entoure sous forme d'anneau la chambre de combustion (21) et qui forme la paroi cylindrique de la partie de corps cylindrique au-dessus de la zone o se trouvent les segments ou anneaux de piston (19). 2. Moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que la pièce intermédiaire (25) forme un appui supérieur radial (27) pour la boîte ou fourrure de glissement de piston (24).