Brevet FR2714112A1 — publié le 19950623

STRUCTURE DE CHEM4ISE ET DE JOINT D'ORIFICE D'ÉCHAPPEMENT La présente invention concerne de façon générale une structure de chemise et de joint d'orifice d'échappement desti- née à être utilisée en relation avec un moteur à combustion interne et plus particulièrement l'utilisation d'une structure 5 de chemise et de joint d'orifice d'échappement destinée à réduire le rejet de chaleur incluant un scellement entre une culasse et un collecteur d'échappement. Les composants actuels de moteurs doivent être fabri- qués de plus en plus simplement à des coûts nettement réduits tout en ayant de meilleures performances pour que les fabricants de moteurs restent compétitifs. Malheureusement, les chemises d'orifice d'échappement qui ont les meilleures performances d'isolement thermique sont devenues de plus en plus complexes et coûteuses ou ont impliqué des coûts d'utilisation accrus.15 Certaines chemises d'orifice d'échappement semblent pouvoir être fabriquées plus simplement mais le montage de ces nouvelles structures est devenu de plus en plus complexe. Typi- quement, avec ces structures, la culasse est usinée pour inclure un contre-alésage servant de siège à la chemise d'orifice d'é-20 chappement, augmentant ainsi le coût d'ensemble de la structure. L'objectif d'une chemise d'orifice d'échappement décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 4 096 690 de James J. Florek, du 27 juin 1978, était de prévoir une chemise résistant à la chaleur pour améliorer les émissions. La chemise permet à de 1 'air secondaire d'entrer à 1 'intérieur par 1 'inter- médiaire d'ouvertures partiellement ouvertes dans le corps de chemise. Le contenu des émissions, et en particulier le contenu en hydrocarbure des gaz d'échappement est réduit par une conver- sion chimique secondaire aux confins du passage d'échappement de la chemise et par une commande appropriée de l'influx d'air secondaire de préférence pendant le cycle d'échappement. La chemise d'orifioe d'échappement comnporte un flasque annulaire monté contre une surface qui est le seul contact entre la culasse moulée et la chemise. Il apparaît que le flasque est utilisé commne joint entre la culasse et le collecteur d'échap- pement. L'utilisation du flasque comme joint d'échappement nécessite un usinage précis du flasque et de la culasse pour maintenir un fini de surface approprié pour un scellement conve- nable. L'usinage précis augmente les coûts associés à la struc- ture de chemise d'orifice d'échappement. En outre, le flasque doit porter toute la charge de liaison entre la culasse et le collecteur d'échappement, ce qui pourrait conduire à des défauts prématurés du joint nuisant à l'efficacité de la chemise d'ori- fice d' échappement. La présente invention vise à résoudre les problèmes susmentionnés. Selon un aspect de la présente invention, une struc- ture de chemise et de joint d'orifioe d'échappement est prévue pour un moteur à combustion interne. Le moteur à combustion interne comprend un bloc cylindre et une culasse. La culasse comprend une surface de montage externe et une surface de montage interne liée au bloc cylindre et définit avec la culasse au moins une chambre de combustion de volume variable. Un col- lecteur d'échappement est relié de façon démontable à la culasse et comporte une surface de montage. Un orifice d'échappement est défini dans la culasse et s'étend, en relation de fluide, entre la chambre de combustion et le collecteur d' échappeent. Au moins une partie de l'orifioe d'échappement comporte une paroi5 sensiblement cylindrique. Un élément cylindrique muni d'un flasque annulaire radial s'étendant vers l'extérieur est monté entre la surface de montage externe de la culasse et la surface de montage du collecteur d'échappement. L'élément comporte un corps qui s'étend à partir du flasque et dans le collecteur d'é-10 chappement, d'une distanoe prédéterminée. Un moyen est disposé entre la surface de montage externe de la culasse et la surface de montage du collecteur d'échappement. Ce moyen est en relation périphérique par rapport au flasque pour permettre un scellement entre la culasse et le collecteur d'échappement.15 La présente invention, grâce à l'utilisation d'un élé- ment annulaire cylindrique et d'un moyen de scellement entre une culasse et un collecteur d'échappement, fournit un moyen simple et économique de limiter le rejet de chaleur et augmente le rendement du moteur.20 Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode de réalisation particulier faite en relation avec la figure 1 ci-jointe qui est une vue partielle en coupe d'un moteur à combustion interne mettant en25 oeuvre 1' invention. Un moteur à combustion interne 12 muni d'un bloc cylindre 14 définissant un alésage 16 est illustré en figure 1. Dans l'alésage 16 est disposé une chemise de cylindre 18. La chemise de cylindre 18 définit un alésage de cylindre 20 et une culasse 22 à une surface de montage externe 24 et une surface de montage interne 26 qui se monte sur le bloc cylindre 14 pour fermer 1 'alésage de cylindre 20. Un piston 28 est monté pour un déplacement en va-et-vient dans l'alésage de cylindre 20 et définit avec la culasse 22 une chambre de combustion 30 à volume variable. Un collecteur d'échappement 32 est relié de façon démontable à la culasse 22 et à une surface de montage 38. Un orifice d'admission 40 et un orifice d'échappement 42 sont formés dans la culasse 22. Au moins une partie de l'orifice 5 d'échappement 42 a une paroi sensiblement cylindrique 44 qui s'étend entre la chambre de combustion 30 et le collecteur d'échappement 32 pour les relier pour un fluide. Une soupape d'admission 46 et une soupape d'échappement 48 ayant une posi- tion normalement fermée et une position ouverte sont disposées dans l'orifice d'admission et l'orifioe d'échappement 40, 42, respectivement. L'orifice d'admission 40 fait communiquer de l 'air d'admission vers la chambre de combustion 30 pendant un cycle d'admission du moteur 12. L'orifice d'échappement 42 permet d'évacuer des gaz d'échappement à partir de la chambre de combustion 30 pendant une course d'échappement du moteur 12. Un turbocompresseur (non représenté) est relié à l'orifice d'échap- pement 42 et à 1'orifice d'admission 40 entre la chambre de combustion 30 et l'air d'admission. Une structure de chemise et de joint d'orifice d'échappement 60 est représentée en détail en figure 1. La structure de chemise et de joint d'orifice d'échappement 60 comprend un élément cylindrique 64. L'élément cylindrique 64 est en un matériau thermiquement résistant et comporte une collerette annulaire 66 s'étendant radialement vers l'extérieur montée entre la surface de montage externe 24 de la culasse 22 et la surface de montage 38 du collecteur d'échappement 32 par plusieurs vis dont deux sont représentées en 67 et 68. La collerette 66 a une épaisseur prédéterminée. L'élément 64 comporte un corps imperméable 70 s'étendant à partir de la30 collerette 66 et dans l'orifice d'échappement 42 d'une distance prédéterminée. Le corps 70 est espacé d'une distance prédéter- minée de la paroi cylindrique 44 de l'orifice d'échappement 42. Le corps 70 se termine au niveau d'une lèvre annulaire 72 s'étendant vers l'extérieur qui est proche de la paroi cylin- drique 44 de sorte qu'un espace sensiblement clos 76 est formé entre l'élément 64 et la culasse 22. La lèvre 72, la collerette 66 et le corps 70 peuvent être moulés d'une seule pièce pour former une pièce unique ou peuvent être fabriqués en tant que pièces séparées ou par un procédé mixte. Un moyen de scellement 80 tel qu'un joint stratifié est disposé entre la surface de montage externe 24 de la culasse 22 et la surface de montage 38 du collecteur d'échappement 32. Le moyen de scellement 80 entoure la collerette 66 de sorte que les gaz d'échappement sortant de la chambre de combustion 30 sont contenus à l'intérieur de l'orifice d'échappement 42 et du collecteur d'échappement 32. Le moyen de scellement 80 a une épaisseur prédéterminée supérieure ou égale à l'épaisseur de la collerette 66. Il faut noter que tout type de matériau de scellement adapté peut être utilisé entre la culasse 22 et le collecteur d' échappement 32. En cours d'utilisation, les gaz d'échappement à très haute température produits par la combustion sont libérés pendant la course d'échappement du moteur à combustion interne 12. Les gaz d'échappement sont transmis à partir de la chambre de combustion 30 vers 1 'orifice d'échappement 42 quand la soupape d'échappement 48 est en position ouverte. Il est impor- tant que la chaleur produite par les gaz d'échappement à haute température soit retenue à l'intérieur de l'orifice d'échap- pement 42 avant d'entrer dans le collecteur d'échappement 32 de sorte que plus d'énergie thermique puisse être fournie au turbocompresseur (non représenté) pour augmenter le rendement du moteur. L'espace clos 76 permet à une couche d' air de se for- mer entre le corps 70 de l'élément 64 et la culasse 22 pour agir comme isolant. L'espace clos peut également être rempli d'un matériau isolant pour assurer une fonction similaire. La couche d'air isolante ou le matériau isolant, ainsi que le contact physique limité entre l'élément 64 et la culasse 22, réduisent le taux de perte thermique à partir des gaz d'échappement allant de la chambre de combustion 30 au collecteur d' échappement 32. Le taux réduit de pertes thermiques maintient l'énergie ther- mique du gaz d'échappement pour entraîner le turbocompresseur (non représenté) à une vitesse plus rapide, ce qui augmente la pression de l'air incident et donc le rendement du moteur. En outre, moins d'énergie thermique est transférée au système de refroidissement du moteur (non représenté) d'o il résulte un plus fort rendement de refroidissement. La lèvre 72 est main- tenue proche de la paroi cylindrique 44 pour protéger l'espace clos 76 de débris de suie d'échappement qui pourraient être présents dans l'orifice d'échappement 42. La collerette 66 maintient l'élément 64 dans l'orifice d'échappement 42 quand celui-ci est verrouillé entre la culasse 22 et le collecteur d'échappement 32. Un joint 80 en tout maté- riau approprié entoure le collerette 66 pour être étanche aux gaz d'échappement dans l'orifice d'échappement 42. Commne le joint 80 a une épaisseur supérieure ou égale à l'épaisseur de la collerette 66, il a une fonction de joint efficace. En consé- quence, la collerette 66 n'a pas besoin d'être usirnée avec précision pour un fini de surface capable de réaliser une étan- chéité entre la culasse 22 et le collecteur d'échappement 32. Ceci permet à l'élément 64 d'être fabriqué à coût réduit. Le joint 80 aide également à la répartition de la charge de blocage entre l'élément 64 et le joint 80 ce qui augmente la durée de vie de 1' élément 64 et 1' efficacité du scellement. Au vu de ce qui précede, il est clair que la présente invention constitue un moyen amélioré de limitation de pertes thermiques. La présente invention utilise un élément annulaire cylindrique et un moyen de scellement entre une culasse et un collecteur d'échappement pour fournir un procédé simple et économique de limitation des pertes thermiques pour augmenter le rendement du moteur. REVENDICATIONS 1. Structure de chemise et de joint d'orifice d'échap- pement pour un moteur à combustion interne comportant un bloc cylindre (14), une culasse (12) ayant une surface de montage externe (24) et une surface de montage interne (26) fixée au bloc cylindre et définissant avec la culasse au moins une cham- bre de combustion (30) à volume variable, un collecteur d'échap- pement (32) relié de façon démontable à la culasse et un orifice d'échappement (42) défini dans la culasse et s'étendant, en relation de liaison fluide, entre la chambre de canxbustion et le collecteur d'échappement, caractérisée en ce qu'elle comprend: un élément cylindrique (64) muni d'une collerette annulaire s'étendant vers l'extérieur (66) bloquée entre la surface de montage externe (24) de la culasse et la surface de montage (38) du collecteur d'échappement, l'élément comportant un corps imperméable s'étendant à partir de la collerette et disposé dans l'orifice d'échappement (42), la collerette ayant une première épaisseur prédéterminée; et un joint (80) serré entre la surface de montage externe à la culasse et la surfaoe de montage du collecteur d'échappement, à la périphérie de la collerette, ce joint ayant une deuxième épaisseur prédéterminée supérieure à la première épaisseur déterminée pour servir d'étanchéité entre la culasse et le collecteur d'échappement et répartir la charge de serrage entre l'élément cylindrique et le joint. 2. Structure de chemise et de scellement d'orifice d'échappement selon la revendication 1, dans laquelle au mooins une partie de l'orifice d'échappement coaporte une paroi sensi- blement cylindrique, le corps étant espacé d'une distanoe prédé- terminée par rapport à la paroi cylindrique. 3. Structure de chemise et de scellement d'orifice d'échappement selon la revendication 2, dans laquelle le corps se termine par une lèvre annulaire (72) s'étendant vers l'exté- rieur, tout près de la paroi cylindrique pour définir un espace sensiblement clos entre l'élément et la culasse.