Brevet FR2792683A1 — publié le 20001027

Moteur à. combustion interne comportant un carter de vilebreauin L'invention concerne un moteur à combustion interne, comportant un carter de vilebrequin et une culasse, entre le carter de vilebrequin et la culasse étant disposé un joint d'étanchéité de culasse, et un anneau cylindrique est disposé entre un piston et une surface de cylindre entourant le piston. Dans les moteurs à combustion interne modernes, en particulier les moteurs Diesel, il est nécessaire qu'une cloison de gorge de piston supérieure ou zone de feu d'un piston soit dotée d'un jeu suffisant afin que, lors de l'atteinte de la température de fonctionnement et de la( dilatation correspondante du piston en aluminium, aucun contact ne puisse se produire envers une surface de coulissement du cylindre, entourant le piston. On entend alors par zone de feu d'un piston la zone située entre l'anneau ou segment de piston le plus haut, tourné le plus loin vers une culasse, et la limite supérieure, tournée vers la culasse, du piston. En particulier en cas d'utilisation d'huiles synthétiques pour assurer la lubrification du moteur à combustion interne, il se produit l'effet désavantageux selon lequel, lors de la combustion de lubrification synthétique, il se constitue une calamine dure, qui bâtit sur le piston dans la zone de la zone de feu et entre enfin en contact avec la surface de coulissement du cylindre. Suite au déplacement de montée et de descente effectué par le piston, la calamine dure peut frotter sur la surface de coulissement du piston et la structure rodée, constituée dans la surface de coulissement du cylindre lors de sa fabrication, est détruite. Ce faisant, la surface de coulissement du piston ne présente plus la structure de surface qui est nécessaire pour qu'un épais film de lubrifiant, qui soit suffisant, reste en adhérence sur la surface de coulissement du cylindre, ce qui provoque une haute consommation d'huile de lubrification et une plus rapide usure du cylindre et/ou du piston. A titre de remède à cela, il est connu de façon générale de monter un anneau cylindrique dans la zone, tournée vers la culasse, de la surface de coulissement du piston et/ou dans un évidement, prévu à cette fin, ménagé dans la surface de coulissement du cylindre. Cet anneau cylindrique fait saillie de la surface proprement dite de coulissement du cylindre et refoule notablement la calamine dans la zone de la zone de feu. Un tel anneau cylindrique est déjà connu dans son principe de base par le document DE-AS 1 902 502. Le document US 5 553 585 décrit un perfectionnement complexe d'un tel anneau. L'inconvénient de ces anneaux cylindriques réside dans le 'volume de construction qu'ils demandent en direction radiale et dans le besoin en place leurs étant lié. Ceci repose sur le fait que, pour des raisons concernant la fabrication, l'anneau cylindrique ne doit pas descendre au-dessous d'une épaisseur de paroi minimale déterminée afin de continuer à bénéficier d'une stabilité de forme et de permettre le maniement lors du montage. Cet espace de construction qui est nécessaire est particulièrement critique si l'épaisseur de paroi que l'on a derrière la surface de coulissement du cylindre est déjà de toute façon très petite, du fait que, par exemple, une chemise de cylindre a été insérée. Précisément il se produit alors de très hautes contraintes dans le matériau et un effet d'entaille dans cette zone, qui suite à la réalisation de l'évidement destiné à l'anneau cylindrique, présente une trèSg petite épaisseur de paroi pour la chemise de cylindre. C'est pourquoi le but de l'invention est de créer un moteur à combustion interne doté d'un anneau cylindrique, destiné à conserver l'espacement entre la zone de feu d'un piston et une surface de coulissement de cylindre, sachant que l'anneau cylindrique ne demande qu'un espace de construction minimal en direction radiale. Selon l'invention, ce problème est résolu par le fait que l'anneau cylindrique est réalisé d'une seule pièce avec le joint d'étanchéité de culasse. Du fait que l'anneau cylindrique est réalisé selon l'invention d'une seule pièce avec le joint d'étanchéité de culasse, il est possible de réduire l'épaisseur de paroi de l'anneau cylindrique de façon importante par rapport à tous les modes de réalisation connus. L'anneau cylindrique, formé d'un seul tenant sur le corps de base du joint de culasse, anneau ayant une épaisseur de paroi minimale, est alors maintenu par le corps de base du joint de culasse. Ensuite, grâce à la combinaison d'une seule pièce, selon l'invention entre le joint de culasse et l'anneau cylindrique on est en mesure de fabriquer un anneau qui ait vraiment une très petite épaisseur de paroi. Le corps de base du joint de culasse sert alors en premier lieu à aider( à conserver la forme de l'anneau cylindrique et non pas principalement de support à celui-ci. Le corps de base du joint de culasse veille donc, avant tout, à assurer une grande rigidité de forme à l'anneau cylindrique formé d'un seul tenant. Selon une forme de réalisation particulièrement avantageuse de l'invention, les zones, entourant directement la surface de coulissement du cylindre, tournées vers la culasse, du carter de vilebrequin présentent un évidement. La surface de coulissement du cylindre peut alors faire partie d'une chemise de cylindre, si bien qu'également l'évidement fait partie de la chemise de cylindre. Grâce à l'évidement réalisé sur la zone tournée vers la culasse, de la surface de coulissement du cylindre et/ou du carter de vilebrequin, les zones, situées dans l'environnement direct de l'anneau cylindrique, du joint de culasse sont maintenues exemptes de la pression appliquée par la culasse. On obtient de ce fait l'avantage selon lequel le joint de culasse a un effet d'étanchéité autour de chaque cylindre, uniquement dans la zone d'une moulure usinée, et que l'on n'a aucune transmission de force incontrôlée entre la culasse et le carter de vilebrequin et/ou la surface de coulissement du cylindre. En outre, le risque qu'un serrage statiquement indéterminé se produise entre les zones, entourant directement l'anneau cylindrique, de la culasse et 4 2792683 le carter de vilebrequin et/ou la chemise de cylindre, peut être empêché. On peut ainsi contrôler l'introduction des forces et le flux des forces, de la culasse au carter de vilebrequin. D'autres modes de réalisation avantageux de l'invention résultent du fait que: - Les zones, entourant directement le cylindre, tournées vers la culasse, du carter de vilebrequin ou d'une chemise de cylindre sont réalisées avec un angle, différent de 90 , par rapport à la surface de cylindre. - L'anneau cylindrique s'étend depuis le joint d'étanchéité de culasse jusqu'à la position que prend un anneau ou segment de piston, situé le plus près de la / culasse, au point mort supérieur du piston. - L'anneau cylindrique fait saillie au moins partiellement de la surface de coulissement du cylindre, dans la direction du piston, par sa surface tournée vers le piston. - L'anneau cylindrique a une épaisseur de paroi comprise dans la plage de 0,5 à 2 mm. - L'anneau cylindrique est fabriqué à partir du matériau du joint d'étanchéité de culasse, par un processus de formage. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre, faite en référence au dessin schématique annexé donné uniquement à titre d'exemple illustrant un (ou plusieurs) mode de réalisation de l'invention et dans lesquel: La Figure unique représentée illustre une coupe d'un moteur à combustion interne, la zone située entre un piston 1, une culasse 2 et une chemise de cylindre 3 étant représentée. La chemise de cylindre 3 est réalisée ici sous la forme de ce que l'on appelle une chemise de cylindre 3 pendante et présente, dans sa zone tournée vers la culasse 2, un élargissement 4 qui vient se placer sur une saillie 5 du genre d'un balcon, appartenant à un carter de vilebrequin 6. La chemise de cylindre 3 (pend), en étant accrochée par son élargissement 4, sur la saillie 5 du carter de vilebrequin 6. En outre, on peut voir un joint de culasse 7, placé entre la culasse 2 et le carter de vilebrequin 6 et/ou la zone, tournée vers la culasse 2, de la chemise de cylindre 3. Le joint de culasse 7 présente alors une moulure d'étanchéité 8 disposéedirectement au-dessus de l'élargissement 4 et/ou de la saillie 5 et veillant à assurer une transmission statiquement définie et contrôlable des efforts, en particulier également à assurer l'étanchéité entre la culasse 2 et la chemise de cylindre 3 et/ou le carter de vilebrequin 6. Dans le piston 2 sont insérés plusieurs anneaux ou segments de piston 9 qui isolent de façon étanche l'espace 10, se trouvant entre le piston 1 et la culasse 2, par rapport à l'espace situé au-dessous du piston 1. Sur la Figure unique annexée, on a représenté uniquement l'un des segments de piston 9, celui-ci étant le segment de piston placé le plus près de la culasse 2, ce que l'on appelle le premier segment de piston 9 ou segment coupe-feu. La zone, située, dans la position représentée au point mort supérieur du piston 1, entre le premier segment de piston 9 et la culasse 2, entre le piston 1 et la chemise de cylindre 3 est appelée la zone de feu 11. Dans la construction représentée, cet espace de la zone de feu 11 reçoit un anneau cylindrique 12, qui est réalisé d'une seule pièce avec le joint de culasse 7. Cet anneau cylindrique 12 est monté sans jeu en direction radiale, dans un évidement 13 prévu à cette fin dans la chemise de cylindre 3. L'anneau cylindrique 12 ne peut se déplacer dans la zone de la zone de feu 11 ni tourner ou même venir en contact avec le piston 1, du fait que l'anneau cylindrique 12 est fixé tant en direction axiale qu'également en direction radiale, grâce au joint de culasse 7 lui étant relié et au montage sans jeu dans l'évidement 13. Si le piston 1 se trouve à son point mort supérieur, l'anneau cylindrique 12 se trouve alors presque sur toute la zone située entre la culasse 2 et la position du premier segment de piston 9. Ce faisant, l'espace de la zone de feu 11 est rempli, pour sa partie à peu près maximale, et la formation de calamine, sous la forme d'une couche de calamine dure adhérant sur le piston 1, peut être notablement empêchée. La petite quantité de calamine, qui se constitue encore malgré cela dans l'espace restant dans la zone de la zone de feu. 11, est raclée par l'arête 15, faisant saillie sur une surface de coulissement 14 du cylindre, pendant le déplacement du piston 1 à son point mort supérieur et elle ne peut ainsi pas bâtir sur le piston. Les très fines particules de calamine restantes peuvent alors être transportées par les gaz d'échappement issus de la combustion, hors de la zone de la zone de feu 11, respectivement de l'espace 10 situé au- dessus du piston 1. Grâce à la réalisation en une seule pièce du joint de culasse 7 et de l'anneau cylindrique 12, on peut maintenir à une très petite valeur l'épaisseur de paroi de l'anneau cylindrique 12, du fait que la plaque de base du joint de culasse 7 sert d'aide à la conservation de forme pour l'anneau cylindrique 12. La partie, placée entre la saillie 5 du carter de vilebrequin 6 et l'évidement 13 ménagé dans la chemise 3 de cylindre, de cette chemise 3 de cylindre peut ainsi être réalisée relativement grande, sans augmenter la contrainte mécanique s'exerçant dans la chemise de cylindre 3, dans une zone qui est critique pour le matériau de cette chemise de cylindre 3. De ce fait, par exemple, on peut également disposer des canaux de refroidissement (non représentés) entre le carter de vilebrequin 6 et la chemise 3 de cylindre, de façon très dense au niveau de l'évidement 13 et/ou de l'élargissement 4, sans que l'effet d'entaille atteigne une zone critique. Pour ne pas risquer d'obtenir d'état statiquement indéterminé entre la culasse 2 et la chemise 3 de cylindre et/ou le carter de vilebrequin 6, le joint de culasse 7, comme déjà décrit ci-dessus, présente la moulure 8 et/ou la moulure d'étanchéité 8. En outre, une surface 16 de la chemise 3 de cylindre présente un évidement 17 dans sa zone tournée vers la culasse 2. De ce fait, le joint de culasse 7, dans la zone située au- dessus de l'évidement 17, ne subit aucune pression, si bien que l'on a un appui statiquement défini et une étanchéité uniquement au niveau de la moulure 8 du joint de culasse 7. Outre l'appui statiquement défini, on est ainsi également en mesure de réaliser une introduction, à dessein et contrôlable, des efforts, de la culasse 2 par la moulure 8 du joint de culasse 7 et l'élargissement 4 de la chemise 3 de cylindre sur la saillie 5 du carter de vilebrequin 6 et le carter de f vilebrequin 6. En variante à cela l'évidement 17 peut également avoir un genre de chanfrein ou biseau. Ceci signifierait que la partie de surface 16, située dans la zone de l'évidement 17, est disposée sous un angle, différent de 90 , par rapport à la surface de coulissement 14 du cylindre. Grâce à la très grande longueur en direction radiale de ce chanfrein, on peut également réaliser l'évidement 17. Evidemment, la réalisation d'une seule pièce du joint de culasse 7 et de l'anneau cylindrique 12 est envisageable également pour l'ensemble d'autres types de chemise de cylindre ou bien de surfaces de coulissement 14 de cylindre réalisées directement dans le carter de vilebrequin 6. Le mode de réalisation ne doit à cette fin varier que de façon minimale et les avantages continuent à être notablement obtenus. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne, comportant un carter de vilebrequin et une culasse, entre le carter de vilebrequin et la culasse étant disposé un joint d'étanchéité de culasse, et un anneau cylindrique est disposé entre un piston et une surface de cylindre entourant le piston, caractérisé en ce que l'anneau cylindrique (12) est réalisé d'une seule pièce avec le joint d'étanchéité de culasse (7). 2. Moteur à combustion interne selon la /' revendication 1, caractérisé en ce que l'anneau f cylindrique (12) est disposé, sans jeu, dans un évidement (13) de la surface de coulissement (14) du cylindrique. 3. Moteur à combustion interne selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les zones, entourant directement le cylindre, tournées vers la culasse (2), du carter de vilebrequin (6) ou d'une chemise de cylindre (3) présentent un évidement (17). 4. Moteur à combustion interne selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les zones, entourant directement le cylindre, tournées vers la culasse (2), du carter de vilebrequin (6) ou d'une chemise (3) de cylindre sont réalisées avec un angle, différent de 900, par rapport à la surface de cylindre (14). 5. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'anneau cylindrique (12) s'étend depuis le joint d'étanchéité de culasse (7) jusqu'à la position que prend un anneau ou segment de piston (9), situé le plus près de la culasse (2), au point mort supérieur du piston (1). 6. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'anneau cylindrique (12) fait saillie au moins partiellement de la surface de coulissement (14) du cylindre, dans la direction du piston (1), par sa surface tournée vers le piston (1). 7. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'anneau cylindrique (12) a une épaisseur de paroi comprise dans la plage de 0,5 à 2 mm. 8. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'anneau cylindrique (12) est fabriqué à partir du matériau du joint d'étanchéité de culasse (7), par un processus de formage.