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La présente invention se rapporte aux culasses amovibles pour moteurs à combustion interne à refroidissement par liquide, du type à soupapes.
Pour la facilité on supposera que le liquide refroidisseur est de l'eau, comme c'est normalement le cas; ce terme, employé ici, doit donc être considéré comme englobant les autres liquides refroi- disseurs.
Il arrive souvent, particulièrement dans les moteurs à combustion interne à soupapes du type à injection de carburant liquide et allumage par compression, et d'autres moteurs à combustion interne dont la culasse est soumise à de fortes sollicitations mécaniques dues à la pression élevée du fluide moteur, et à de fortes sollicitations thermiques, qu'il soit difficile de maintenir un refroidissement satisfaisant et un joint satisfaisant entre la culasse et le cylindre ou bloc moteur, le défaut le plus fréquent de ce joint étant une perte d'étanchéité au gaz ou même la rupture d'une partie du joint, dues à ce que le serrage du joint entre la culasse et le cylindre est localement insuffisant ou le devient.
La difficulté d'empêcher une déformation locale due à la chaleur et tendant à causer de tels défauts est augmentée dans beaucoup de cas par la structure relativement compliquée de la culasse, nécessitée par l'aménagement d'orifices d'admission et d'échappement et de leurs conduits associés et/ou d'une chambre, poche ou autre espace de combustion approprié et d'un bossage pour une bougie d'allumage ou un injecteur de combustible, ainsi que par la nécessité d'assurer un refroidissement convenable et bien réparti.
Différents moyens ont été essayés pour pallier à la difficulté de maintenir un joint satisfaisant entre le cylindre et la culasse, y compris l'emploi de joints épais pour tenter d'égaliser la pression de serrage sur les faces du joint de culasse, et même de joints d'épaisseur variable en vue d'assurer un bon serrage des joints entre les faces portantes de la culasse et du cylindre sur les surfaces re- quises. L'emploi de jointe de culasse épais, ou de joints d'épaisseur variable tend à déformer la culasse quand les écrous de retenue ou l'équivalent sont serrés, puisque, dans le cas d'un joint épais, le joint tend à être fortement compressé aux abords des écrous de retenue ou l'équivalent tandis que les autres parties du joint excercent une force de séparation sur les parties plus distantes des écrous de retenue,
capable de déformer la face portante de la culasse, tandis que dans le cas d'un joint d'épaisseur variable, les parties plus épaisses du joint tendent à exercer une plus grande force de séparation sur les parties de la surface avec lesquelles elles sont en contact, tendant aussi à déformer la culasse.
L'emploi de joints épais tend aussi à augmenter la surface du joint exposée aux pressions exercées par les gaz e par conséquent, jusqu'à un certain point, la tendance à la rupture d'une partie du joint, tandis que la fabrication de joints à épaisseur variable est une opération difficile, demande une fabrication spéciale et une surveillance technique, sans compter le travail expérimental requis pour trouver avec précision l'emplacement des différentes épaisseurs.
On appréciera que dans le cas de culasses pour moteurs du type à soupapes en tête, toute déformation de la culasse est particu- lièrement à éviter puisque cela conduirait à une déformation des sièges de soupapes ayant pour résultat une mauvaise fermeture de cellesci, avec les inconvénients qui en découlent.
Un but de la présente invention est de réaliser une construction perfectionnée de culasse amovible pour moteur à combustion inter-
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ne et à refroidissement par eau., du type à soupapes, qui facilite l'obtention et le maintien d'un joint étanche entre les faces portantes de la culasse et du ou des cylindres à l'aide d'un joint normal, d'épaisseur en substance uniforme et relativement faible sur toute son étendue, sans déformation de la culasse et tout en permettant un refroidissement adéquat des éléments de la culasse qui le demandent.
Une culasse pour moteur à combustion du type à soupapes comprend, suivant la présente invention, une paroi intérieure ou "pont" qui s'applique, par l'intermédiaire d'un joint de culasse, sur la face portante du cylindre autour de la chambre soumise à la pression des gaz pendant le temps moteur, une paroi extérieure qui forme, avec la paroi intérieure, une chambre pour l'eau de refroidissement de la cu- lasse, et un contrefort qui fait corps avec la paroi intérieure et qui, vu dans l'axe du cylindre;
entoure la périphérie de la chambre soumise à la pression des gaz et est agencé de façon que des écrous de serrage ou l'équivalent agissent sur lui en des points espacés de sa périphérie, la cùlasse comportant au moins une entrée pour l'arrivée d'eau de refroidissement dans l'espace entouré par le contrefort et au moins une sortie pour l'écoulement de l'eau de refroidissement de cet espace, de façon qu'un courant d'eau. de refroidissement passe dans l'espace entouré par le contrefort.
Dans la majorité des cas, le passage ou chaque passage d'entrée d'eau de refroidissement aboutira dans l'espace formé par le contrefort, en venant d'un compartiment de la chambre d'eau de refroidissement extérieure au contrefort, tandis que de façon similaire, le passage d'écoulement d'eau de refroidissement venant de la chambre formée par le contrefort conduira dans un autre compartiment-de la chambre d'eau de refroidissement extérieure au contrefort. Dans d'autres cas, cependant, par exemple dans le cas d'un moteur à soupapes latérales, le passage d'écoulement d'eau de refroidissement peut aller directement de la chambre formée par le contrefort dans un collecteur ménagé dans la paroi extérieure supérieure de la culasse.
Suivant la présente invention, les écrous de serrage ou l'équivalent attaquent directement par l'intermédiaire du contrefort la paroi intérieure sur une ligne (appelée ci-après ligne de pression) contournantde près la chambre soumise à la pression des gaz pendant le temps moteur, maintenant ainsi en contact étroit avec le joint de culasse sur la ligne de'pression les faces portantes de la culasse et du cylindre et assurant ainsi un joint étanche aux gaz et empêchant la rupture du joint. Cette disposition assure aussi unq bonne circulation d'eau de refroidissement dans la chambre entourée par le contrefort, c'est- à-dire sur les parties de la culasse soumises aux plus hautes sollicitations mécaniques et thermiques, de façon à éviter les points chauds.
De plus, le joint peut être suffisamment mince pour éviter la déformation de la culasse en dehors de la ligne de pression.
Bien que, à sa naissance de la paroi intérieure, le contrefort doive être en substance continu autour de la périphérie de la chambre soumise à la pression des gaz, le contrefort peut avoir des ouvertures dans son autre bord, ou ailleurs, du moment que la construction soit telle que la pression exercée vers le bas par les écrous de retenue ou l'équivalent sur le contrefort, soit retransmise par celui-ci sur toute la ligne de pression précitée.
L'invention peut être appliquée aux moteurs mono-cylindriques, terme qui doit être interprété ici comme comprenant des moteurs dont chaque cylindre ou alésage individuel possède sa propre culasse individuelle, ou aux moteurs multi-cylindriques dont la culasse recou- vre un bloc-cylindres comprenant deux ou plusieurs alésages.
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L'invention peut être appliquée aux moteurs à soupapes laté- rales ou du type mixte, à soupapes latérales et soupapes en tête,ou du type à soupapes en tête,et trois exemples sont représentés aux des- sins annexés,dans lesquels :
La figure 1 est une coupe verticale suivant la ligne 1-1 de la figure 3, d'une culasse et de la partie supérieure du cylindre as- socié d'un moteur mono-cylindrique du type à allumage par compression et à injection de combustible liquide conforme à l'invention.
-La figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la figure
La figure 3 est une coupe suivant la ligne III-III de la fi- gure 1.
La figure 4 montre en variante une coupe, similaire à la fi- gure 1, d'un cylindre d'un moteur bi-cylindrique conforme à l'inven- tion, suivant la ligne IV-IV de la figure 5.
La figure 5 est une coupe suivant la ligne V-V de la figure 4.
La figure 6 est une coupe verticale suivant la ligne VI-VI de la figure 7, d'un cylindre d'un moteur multi-cylindrique à soupapes latérales conforme à l'invention.
La figure 7 est une coupe suivant la ligne VII-VII de la fi- . gure 6.
Sur les figures 1, 2 et 3 le moteur est du type à injection de combustible liquide à allumage par compression et il comprend.un bloc-cylindre A refroidi par circulation d'eau, dans lequel est logée une chemise humi- de B formant l'alésage du cylindre B', la partie supérieure du bloc-cy- lindre se terminant par une face portante B sur laquelle la culasse, indiquée dans son ensemble par C, porte par l'intermédiaire d'un joint de culasse normal D.
La culasse C, conforme à la présente invention, comprend une paroi interne au "pont" C1, dont la face inférieure porte sur le joint D et recouvre l'alésage du cylindre, une paroi extérieure C2 dont le bord rejoint la paroi latérale périphérique C3 pour former une chambre d'eau, des passages d'admission E et d'échappement F allant aux lumiè- res d'admission et d'échappement ménagées dans la paroi interne et se prolongeant comme indiqué, dans l'espace entre les parois interne et externe jusqu'aux ouvertures d'admission E1 et d'échappement F1 dahs la paroi latérale C, ces passages E et F présentant les habituels bossages de guides de soupapes dont l'un est visible sur la figure 1 en E3, et à travers lesquels passent les tiges des soupapes qui ferment normale- ment les lumières d'admission et d'échappement.
La culasse contient aussi une chambre de combustion C4, de forme connue, dont la partie supérieure C est hémisphérique tandis que la partie cylindrique inférieure est conçue pour recevoir une bougie chaude G qui n'a qu'un contact limité avec la paroi refroidie qui l'en- toure et présente un passage tangentiel Gl par lequel les gaz peuvent passer de la chambre dans le cylindre et retour. Un bossage C6 destiné à recevoir un dispositif d'injection de combustible du type connu, est prévu entre la chambre et la paroi supérieure.
Comme on le voit clairement sur les figures 2 et 3, la cu- lasse comprend aussi un contrefort H prenant naissance dans la paroi in- térieure C1 et entourant l'alésage du cylindre, ce contrefort'rejoignant en des points appropriés la paroi de la chambre C4 dont la partie ex- terne montrée an C7 sur les figures 1 et 2 fait partie du contrefort qui, vu en plan, peut être considéré comme entourant en substance com- plètement la chambre renfermant les gaz sous pression. A travers des
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bossages creux H1 disposés de place en place sur le pourtour du contre- fort H entre les parois intérieure et extérieure, passent des goujons filetés ancrés dans le bloc-cylindres de la façon habituelle et servant à maintenir la culasse fermement en contact avec le bloc cylindres au moyen d'écrous vissés sur leurs extrémités supérieures.
On remarquera que deux des bossages H1 sont associés à la partie C7 du contrefort, et que deux bossages creux supplémentaires H2 pour le passage de gou- jons font corps avec la paroi latérale.
Des passages K et K1 pour le liquide refroidisseur sont pratiqués dans la paroi intérieure C hors de l'enceinte du contrefort H, allant de la chemise de refroidissement du cylindre aux compartiments de la chambre d'eau de la culasse extérieurs au contrefort H. Le passage K mène à un compartiment K2 d'où part un passage d'admission d'eau de refroidissement vers la chambre intérieure formée par le contre- fort.Une lèvre déflectrice K4 associée au passage d'admission K3 est conçue de façon à canaliser l'eade refroidissement en trois courants, l'un d'eux passant entre les passages d'admission et d'échappement E et F tandis que les deux autres contournent ces passages.
Un courant passe aussi par les lumières K, dans la chambre K5 pour aller ensuite par les passages K6 dans les parties de la chambre , entourée par le con- trefort H, situées à l'extérieur des passages d'admission et d'échap- pement. Comme la figure 3 l'indique, la disposition est telle qu'au de- là des passages d'admission et d'échappement E et F, l'eau de refroi- dissement est conduite autour de la chambre C adjacente à la chambre de combustion, par des ouvertures ménagées dans les parties appropriées du contrefort H pour s'évacuer finalement par une sortie L pratiquée dans la paroi C3 du c8té de la culasse le plus éloigné du passage K.
On obtient donc une circulation d'eau, de refroidissement ca- pable de refroidir convenablement les parties de la culasse adjacentes aux lumières d'admission et d'échappement qui sont e plus sollicitées mécaniquement et thermiquement, et la partie adjacente de la poche de la chambre de combustion.
Dans une autre forme de réalisation montrée sur les figures 4 et 5, le moteur est du type à injection de combustible liquide, et allumage par compression et possède deux cylindres dans un bloc-cylindres M dont les deux chemises M1 forment les alésages, le bloc se terminant à sa partie supérieure par une face plane sur laquelle vient porter, par l'intermédiaire d'un joint de culasse normal M2, une culasse.
La forme de réalisation montrée comprend suivant l'invention une paroi inférieure ou "pont" N dont la face inférieure porte sur le joint M2, une paroi supérieure N1 écartée de la paroi inférieure et une paroi latérale N2 entourant les bords des parois supérieure et inférieu- re N et N1. Des passages dans la culasse s'étendent entre les parois N et N1, formant des passages d'échappement N3 qui aboutissent vers l'in- térieur à des lumières d'échappement N4 situées respectivement au-des- sus des deux alésages des cylindres et commandées par des soupapes, et un passage commun d'admission N5 qui aboutit à des lumières d'admission situées aussi respectivement au-dessus des cylindres et commandées de la façon usuelle par des soupapes. Les bossages pour les guides des dites soupapes sont montrés en N7.
Des chambres ou poches de combustion N8 adjacentes à chaque cylindre sont aussi ménagées dans la culasse et ont la forme d'un dôme aplati dont la base cylindrique est obstruée par un bouchon 0 ayant un contact limité avec les parois environnantes
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et comportant des ouvertures O1 pour le passage des gaz de la chambre au cylindre. Des passages N9 de forme allongée connue s'étendent de la paroi supérieure N à la paroi inférieure NI pour laisser passer les poussoirs des culbuteurs de soupapes de type connu qui se trouvent au- dessus de la culasse et qui, pour la clarté, ne sont pas représentés, ne faisant pas partie de la présente invention.
Un contrefort P faisant corps avec la paroi inférieure N et qui, vu en plan, entoure étroitement chacune des chambres contenant les gaz sous pression pendant le temps moteur, une partie de ce contrefort étant formée par la partie 02 de la chambre ou poche de combustion. Là, où il rencontre les passages d'admission et d'échappement N3 et N5, cha- que contrefort contourne ces passages par en dessous comme indiqué en pointillés sur la figure 5, tandis que les bords supérieurs des autres parties du contrefort restent à distance de la paroi supérieure Nl. Une paroi 03 en forme de V s'étend entre la paroi supérieure de a poche N8 et la paroi supérieure N1 comme le montre la figure 5 et un passage O4 pour l'eau de refroidissement débouche dans l'angle du V, (voir figure 4).
Des bossages P sont associés à chaque contrefort, à travers les- quels passent des goujons de retenue normaux recevant les écrous qui serrent la culasse sur le bloc-cylindres comme indiqué sur la figure 4 en P2.
Entre le côté extérieur de chaque chambre ou poche de com- bustion et la paroi latérale N2 se trouve un bossage creux 05 pour un injecteur de combustible 06 visible sur la figure 4, et juste en dessous de chacun des bossages dans la paroi N, un orifice de passage d'eau Q fait communiquer la chemise de refroidissement du bloc-cylindres M avec la chambre de refroidissement de la culasse. Chaque orifice Q débouche donc dans une chambre formée par l'une des parois 03 en forme de V. Des orifices de départ d'eau N sont ménagés dans la paroi latérale N2 com- me le montre la figure 5.
Pendant la marche, l'eau monte par chacun des orifices Q et après avoir circulé autour du bossage 05 renfermant l'injecteur de combustible li- quide D6, passe au-dessus de la chambre adjacente N8 et redescend par ,le passage 0 pour passer ensuite sur la face supérieure de la partie de la paroi inférieure N adjacente aux lumières d'admission et d'echappe- ment et à la paroi de la chambre ou poche de combustion, et couler au- tour de ces lumières de la façon indiquée par les flèches sur la figure 5, partie en dessous et partie autour du conduit d'échappement N3 pour s'en aller ensuite par l'orifice d'écoulement adjacent.
1 Les écrous de retenue portant sur la face supérieure des bos- sages P transmettent par l'intermédiaire des bossages et des contreforts P, une force tendant à maintenir en contact étroit avec le joint de cu- lasse M2 les parties de la paroi inférieure N situées directement sous les contreforts, assurant ainsi autant que possible l'étanchéité entre la culasse et le bloc-cylindres autour de la chambre dans laquelle les gaz sont sous pression pendant le temps moteur.
En variante, il peut y avoir un ou plusieurs orifices addi- tionnels allant de la chemise d'eau du bloc-cylindres M à la chambre d'eau de la-, culasse, par exemple comme indiqué en pointillés sur la fi- gure 5 en Q .
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Dans une autre forme de réalisation montrée sur les figures 6 et 7, le moteur est du type à charge vaporisée et allumage par bougie, et comprend un bloc-cylindres R du type conventionnel à refroidissement par eau ayant des lumières d'admission et d'échappement R1 commandées par des soupapes de la façon usuelle, la face supérieure du bloc-cylin- dres étant plane pour recevoir une culasse qui y est fixée avec inter- position d'un joint de culasse ordinaire S. La culasse comprend une paroi inférieure ou " pont Il T, une paroi supérieure T et une paroi pé- riphérique reliant les bords extrêmes des parois supérieure et inférieu- re.
La culasse contient aussi une chambre de combustion T3 de forme connue, à cheval sur le cylindre et munie d'un bossage T pour bougie d'al- lumage, allant de la chambre à une dépression dans la paroi supérieure T1. Une galerie d'évacuation T5 pour l'eau de refroidissement, de forme conventionnellefait corps avec la paroi supérieure T, tandis que la paroi inférieure T présente des orifices T communiquant par les orifi- ces R2 avec la chemise d'eau du cylindre R et servant à l'amenée d'eau de refroidissement dans les chambres de refroidissement de la culasse.
Des contreforts indiqués en U, faisant corps avec la paroi inférieure T, relient des bossages espacés U1 allant de la paroi infé- rieure T1 à la paroi supérieure T, traversés par des goujons sur les- quels sont vissés des écrous servant à maintenir en place la culasse, comme le montre la figure 6. Vus en plan (figure 7), les contreforts sont disposés d'une façon telle que chacune des chambres soumises à la pression des gaz pendant le temps moteur d'un piston est étroitement entourée par un contrefort, les parties U2 des contreforts étant com- munes aux deux chambres de combustion. Chacun des orifices d'admission d'eau T1 communique avec une chambre V de laquelle part un passage d'a- menée d'eau V1 dirigé vers le bossage de bougie d'allumage voisin T4.
Pendant la marche, l'eau qui arrive par l'orifice T7 dans la chambre V est dirigée par le passage V1 sur et autour du bossage de bougie d'al- lumage T4pour passer ensuite au-dessus de la chambre T3 dans la cham- bre délimitée par le contrefort correspondante L'eau, par suite de son inertie de mouvement, traverse la chambre de refroidissement de la cu- lasse pour aller dans la partie de celle-ci qui est la plus éloignée du passage d'amenée d'eau V1 pour s'écouler ensuite par la galerie d'é- vacuation T5.
Il est clair que, bien que dans la construction représentée à titre d'exemple dans les dessins annexés, l'eau de refroidissement de la culasse vient du bloc-cylindres, l'invention est applicable éga- lement lorsque l'eau de refroidissement est amenée directement à la cu- lasse sans passer par le bloc-cylindres.
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