EP0082090B1 - Joint de culasse pour moteur à combustion interne avec préchambre de combustion - Google Patents

Joint de culasse pour moteur à combustion interne avec préchambre de combustion Download PDF

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EP0082090B1
EP0082090B1 EP82420110A EP82420110A EP0082090B1 EP 0082090 B1 EP0082090 B1 EP 0082090B1 EP 82420110 A EP82420110 A EP 82420110A EP 82420110 A EP82420110 A EP 82420110A EP 0082090 B1 EP0082090 B1 EP 0082090B1
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gasket
combustion chamber
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cylinder head
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Georges Ulmer
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Solyem SAS
Original Assignee
Curty SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F11/00—Arrangements of sealings in combustion engines 
    • F02F11/002—Arrangements of sealings in combustion engines  involving cylinder heads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/16—Indirect injection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Definitions

  • the present invention relates to a cylinder head gasket for an internal combustion engine with a combustion prechamber.
  • the sealing functions of the cylinder head gasket are differentiated. Sealing with fluids, cooling water glycol, and lubricating oil is generally achieved by the base material of the seal, consisting of asbestos cartons 4 stapled to a perforated sheet 5, a metallic fabric coated on both sides of a mixture of asbestos-elastomer fibers etc ... Gas tightness is generally achieved by metallic "fire rings" 6 made of steel, electro-galvanized steel, stainless steel, plated steel, aluminum, etc ...
  • Diesel engines with an added Ricardo type combustion prechamber also require a special design of cylinder head gaskets.
  • a conventional solution consists, as shown in FIG. 2, in making a large wing on the side of the prechamber, but in having a small wing on the block side.
  • This solution has the drawback of providing excessively different pressures between the flame front and the prechamber due to the thickness of the metal of the crimping which goes from simple to double.
  • Document DE-B-1 294 102 relates to a cylinder head gasket comprising a core of flexible material included between two reinforcements extending over the entire surface of the gasket.
  • the thickness of metal is constant over the entire surface of the joint and does not provide particular qualities of resistance at the level of the fire rings.
  • the present invention aims to overcome these drawbacks.
  • a cylinder head gasket for internal combustion engine with Ricardo type added combustion chamber in which gas tightness is achieved by metal fire rings each consisting of a part associated with an opening of the joint so as to cover the edge of said opening, and having two wings covering the two faces of the joint, one of the two wings of which has been crimped and the other of which is wider than the one which has undergone this crimping , the wing set with the fire ring being associated with a metal plate engaged between it and the seal, and held in place by the pressure it exerts on it, and in which the width of the wing in view of the prechamber completely covers the common surface between this Ricardo type added combustion prechamber and the engine block, and the metal plate, interposed between the crimped wing and the joint, is of width such that it extends over any this he width of the wing opposite the added Ricardo type combustion prechamber.
  • the reinforcement ensures a better distribution of pressures in the area of the pre-combustion chamber and better mechanical resistance to high temperatures.
  • the fact of having three thicknesses of metal, instead of two with a traditional fire ring, makes it possible to better modulate the thickness at the place where a reinforcement is desired.
  • the reinforcing plate may or may not have the same thickness as the metal plate constituting the fire ring with which it is associated.
  • the reinforcing plate can be located on the face of the seal facing the combustion prechamber, or on the opposite face of the seal facing the side opposite the prechamber.
  • the width of the metal reinforcing plate is greater than the width of the wing of the fire ring with which it is associated.
  • the metal reinforcing plate is associated with the shorter wing.
  • This arrangement therefore makes it possible to obtain a wide wing not only on the side of the prechamber, but also on the side of the engine block, which allows a better distribution of the contact pressures and a better thermal evacuation by metal to metal conduction.
  • the thickness of the metal constituting the fire ring is 0.25 mm
  • the total thickness of the metal at the edge of the gases will be 0.50 mm.
  • the metal reinforcing plates can be made of steel, electrogalvanized steel, tinned steel, stainless steel, or aluminum plated steel, and their thickness can vary from 0.05 mm to 0.30 mm.
  • a judicious choice of the thickness of the metal of the main fire ring and the reinforcement plate makes it possible to modulate the ratio of the clamping pressures.
  • the fire ring has a thickness of 0.15 mm and the reinforcement plate, a thickness of 0.20 mm we will have 0.50 mm of metal at the level of the main fire ring and 0.35 mm in the prechamber area, a distribution of 70 - 100 against 50 100 in the conventional solution.
  • FIG. 3 represents the tight assembly of a Ricardo 10 system on the cylinder head of an internal combustion engine.
  • the Ricardo contains a combustion prechamber 12.
  • the seal between the prechamber 10 and the block or the jacket 11 is produced by a cylinder head gasket 13.
  • This cylinder head gasket comprises a fire ring 14 having a wide wing 15 on the side of the prechamber and a short crimped wing 16 on the side of the engine block.
  • On the side of the engine block there is provided a metal plate 17 of reinforcement, the end of which is engaged under the wing 16 of the fire ring 14.
  • This metal plate 17 is of width such that it extends over the entire width of the wing 15 with respect to the prechamber.
  • the thickness of the reinforcing plate 17 corresponds to the thickness of the metal fire ring 14.
  • This thickness is for example 0.17 mm, which allows, thanks to the triple thickness at the level of the fire front, to obtain a metal thickness of 0.51 mm, and a metal thickness of 0.34 mm with regard to the Ricardo.
  • the contact surface between the plate 17 and the engine block 11 also promotes thermal evacuation in the zone considered.
  • the invention brings a great improvement to the existing technique by providing a cylinder head gasket whose design makes it possible to better adjust the pressures by better modulation of the area considered.
  • This solution has the merit of being a cost price of the same level as that of the traditional cylinder head gasket, while allowing better modulation of the thicknesses of the fire rings, and being of a cost price which does not is not higher than that of traditional cylinder head gaskets.

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Description

  • La présente invention a pour objet un joint de culasse pour moteur à combustion interne avec préchambre de combustion.
  • Un joint de culasse est situé, comme montré à la figure 1 du dessin schématique annexé, entre le bloc moteur 2 et la culasse 3 et doit remplir plusieurs fonctions, et notamment:
    • - assurer l'étanchéité au liquide de refroidissement et au liquide de lubrification qui circulent entre le bloc moteur et la culasse,
    • - assurer l'étanchéité au gaz de combustion a des pression et des temperatures élevées,
    • - régler l'épaisseur disponible entre culasse et bloc moteur en faisant office de butée de serrage,
    • - compenser les irrégularités géométriques des plans de joint de la culasse et du bloc moteur de façon à maintenir le contact et conserver l'étanchéité initiale malgré les déformations du moteur survenant au cours du fonctionnement de celui-ci.
  • Habituellement, les fonctions d'étanchéité du joint de culasse sont différenciées. L'étanchéité aux fluides, eau-glycol de refroidissement, et huile de lubrification est en général réalisée par le matériau de base du joint, constitué par des cartons d'amiante 4 agrafés sur une tôle perforée 5, un tissu métallique enduit sur ses deux faces d'un mélange fibres d'amiante-élastomère etc... L'étanchéité au gaz est généralement realisée par des "anneaux de feu" métalliques 6 en acier, acier électrozingué, acier inoxydable, acier plaqué, aluminium, etc...
  • Les moteurs modernes ayant des performances de plus en plus élevées pour une cylindrée donnée, l'étanchéité au gaz est de plus en plus difficile à réaliser, en particulier pour les moteurs diesel où la température et la pression sont plus élevées. Les derniers perfectionnements apportés aux moteurs diesel, en particulier l'adjonction d'un système de suralimentation, nécessitent une nouvelle conception des anneaux de feu.
  • Les moteurs diesel possédant une préchambre de combustion rapportée de type Ricardo, nécessitent également une conception particulière des joints de culasses.
  • Une solution classique consiste, comme montre à la figure 2, à réaliser une grande aile du côté de la préchambre, mais à avoir une petite aile du côté bloc. Cette solution présente l'inconvénient de fournir des pressions trop différentes entre le front de flamme et la préchambre du fait de l'épaisseur du métal de la sertissure qui passe du simple au double.
  • Le document DE-B-1 294 102 concerne un joint de culasse comprenant une âme en matière souple incluse entre deux renforts s'étendant sur toute la surface du joint. Avec cette solution, l'épaisseur de métal est constante sur toute la surface du joint et ne procure pas des qualités particulières de résistance au niveau des anneaux de feu.
  • La présente invention vise à pallier ces inconvénients.
  • A cet effet, elle a pour objet un joint de culasse pour moteur à combustion interne avec préchambre de combustion rapportée de type Ricardo dans lequel l'étanchéité au gaz est réalisée par des anneaux de feu métalliques consistués chacun par une pièce associée à une ouverture du joint de manière à recouvrir le bord de ladite ouverture, et présentant deux ailes venant en recouvrement des deux faces du joint, dont l'une des deux ailes a subi un sertissage et dont l'autre est plus large que celle qui a subi ce sertissage, l'aile sertie de l'anneau de feu étant associée à une plaque métallique engagée entre elle et le joint, et maintenue en place par la pression qu'elle exerce sur celle-ci, et dans lequel la largeur de l'aile en regard de la préchambre recouvre totalement la surface commune entre cette préchambre de combustion rapportée du type Ricardo et le bloc moteur, et la plaque métallique, interposée entre l'aile sertie et le joint, est de largeur telle qu'elle s'étend sur toute cette largeur de l'aile en regard de la préchambre de combustion rapportée du type Ricardo.
  • Le renforcement ainsi réalisé assure une meilleure répartition des pressions dans la zone de la chambre de précombustion et une meilleure resistance mécanique aux hautes temperatures. En outre, le fait de disposer de trois épaisseurs de métal, au lieu de deux avec un anneau de feu traditionnel, permet de mieux moduler l'épaisseur à l'endroit où un renforcement est souhaité. La plaque de renforcement peut avoir ou non la même épaisseur que la plaque métallique constituant l'anneau de feu auquel elle est associée.
  • La plaque de renforcement peut être située sur la face du joint tournée vers la préchambre de combustion, ou sur la face opposée du joint tournée du côté opposé à la préchambre.
  • Selon une forme d'exécution de l'invention, la largeur de la plaque métallique de renforcement est supérieure à la largeur de l'aile de l'anneau de feu à laquelle elle est associée.
  • Dans la mesure ou les deux ailes de l'anneau de feu sont de largeurs différentes, la plaque métallique de renforcement est associée à l'aile la plus courte.
  • Cet agencement permet donc d'obtenir une aile large non seulement du côté de la préchambre, mais également du côté du bloc moteur, ce qui permet une meilleure répartition des pressions de contact et une meilleure évacuation thermique par conduction métal sur métal.
  • Si, par exemple, dans !a solution classique, l'épaisseur du métal constitutif de l'anneau de feu est de 0,25 mm, l'épaisseur totale du métal en bordure des gaz sera de 0,50 mm. Dans le cas de l'invention, on peut par exemple utiliser une épaisseur de métal de 0,17 mm, tant pour l'anneau de feu proprement dit que pour la plaque métallique de renforcement, ce qui permet d'obtenir également une épaisseur de 0,51 mm au niveau du front de feu pour garder la même pression de serrage, mais d'obtenir une épaisseur totale de 0,34 mm au regard de la préchambre hors du front de feu, au lieu de 0,25 mm dans le cas où l'anneau de feu ne comporte qu'une seule aile large. Il est donc possible d'obtenir une bonne étanchéité secondaire autour de la préchambre en augmentant la pression de serrage de la zone considérée tout en maintenant la même pression au niveau du front de feu et une meilleure possibilité de modulation des épaisseurs de métal.
  • De même que les anneaux de feu, les plaques de renforcement métalliques peuvent être en acier, acier électrozingué, acier étamé, acier inoxydable, ou en acier plaqué aluminium, et leur épaisseur peut varier de 0,05 mm à 0,30 mm.
  • Un choix judicieux de l'épaisseur du métal de l'anneau de feu principal et de la plaque de renforcement permet de moduler le rapport des pressions de serrage.
  • A titre d'exemple, si l'anneau de feu a une épaisseur de 0,15 mm et la plaque de renforcement, une épaisseur de 0,20 mm nous aurons 0,50 mm de métal au niveau de l'anneau de feu principal et 0,35 mm dans la zone de la préchambre, soit une repartition de 70 - 100 contre 50 100 dans la solution classique.
  • En fonction des besoins, il est donc possible d'utiliser une plaque de renforcement de même épaisseur ou d'épaisseur différente de celle de l'anneau de feu auquel elle est associée.
  • L'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, une forme d'exécution de ce joint de culasse:
    • Figure 3 est une vue en coupe de ce joint de culasse associé à une préchambre de combustion de type Ricardo pour moteur diesel;
    • Figure 4 est une vue à échelle agrandie du joint de figure 3.
  • La figure 3 représente le montage avec étanchéité d'un système Ricardo 10 sur la culasse d'un moteur à combustion interne. Le Ricardo contient une préchambre de combustion 12. L'étanchéité entre la prechambre 10 et le bloc ou la chemise 11 est réalisée par un joint de culasse 13. Ce joint de culasse comporte un anneau de feu 14 possédant une aile large 15 du côté de la préchambre et une aile courte sertie 16 du côté du bloc moteur. Du côté du bloc moteur, il est prévu une plaque métallique 17 de renforcement, dont l'extrémité est engagée sous l'aile 16 de l'anneau de feu 14. Cette plaque métallique 17 est de largeur telle qu'elle s'étend sur toute la largeur de l'aile 15 au regard de la préchambre.
  • Dans la forme d'exécution représentée, l'épaisseur de la plaque 17 de renforcement correspond à l'épaisseur de l'anneau de feu métailique 14. Cette épaisseur est par exemple de 0,17 mm, ce qui permet, grâce à la triple épaisseur au niveau du front de feu, d'obtenir une épaisseur de métal de 0,51 mm, et une épaisseur de métal de 0,34 mm au regard du Ricardo.
  • Il est à noter que la surface de contact entre la plaque 17 et le bloc moteur 11 favorise aussi l'évacuation thermique dans la zone considérée.
  • Comme il ressort de ce qui précède, l'invention apporte une grande amélioration à la technique existante en fournissant un joint de culasse dont la conception permet de mieux ajuster les pressions par une meilleure modulation de la zone considerée. Cette solution a le mérite d'être d'un prix de revient de même niveau que celui du joint de culasse traditionnel, tout en permettant une meilleure modulation des épaisseurs des anneaux de feu, et en étant d'un prix de revient qui n'est pas supérieur a celui des joints de culasses traditionnels.

Claims (5)

1. Joint de culasse pour moteur à combustion interne avec préchambre de combustion rapportée de type Ricardo dans lequel l'étanchéité au gaz est réalisée par des anneaux de feu métalliques (14) constitués chacun par une pièce associée à une ouverture du joint de manière à recouvrir le bord de ladite ouverture, et présentant deux ailes (15, 16) venant en recouvrement des deux faces du joint (13), dont l'une (16) des deux ailes a subi un sertissage et dont l'autre (15) est plus large que celle (16) qui a subi ce sertissage, l'aile sertie (16) de l'anneau de feu étant associée à une plaque métallique (17) engagée entre elle et le joint, et maintenue en place par la pression qu'elle exerce sur celle-ci, caractérisé en ce que la largeur de l'aile (15) en regard de la préchambre recouvre totalement la surface commune entre cette préchambre de combustion rapportée du type Ricardo et le bloc moteur, et en ce que la plaque métallique (17), interposée entre l'aile sertie (16) et le joint, est de largeur telle qu'elle s'étend sur toute cette largeur de l'aile (15) en regard de la préchambre de combustion rapportée du type Ricardo.
2. Joint de culasse selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aile sertie (16) de chaque anneau de feu et la plaque de renforcement (17) qui lui est associée sont situées sur la face du joint tournée du côté opposé à la préchambre de combustion.
3. Joint de culasse selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aile sertie (16) de chaque anneau de feu, et la plaque de renforcement (17) qui lui est associée sont situées sur la face du joint tournée du côté de la préchambre de combustion.
4. Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la largeur de la plaque de renforcement (17) est égale à la largeur de l'aile non sertie (15) au droit de la préchambre.
5. Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la largeur de la plaque de renforcement (17) est différente de celle de l'aile non sertie (15) au droit de la préchambre.
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PT75480A (fr) 1982-09-01
ATE29915T1 (de) 1987-10-15
ES266850Y (es) 1984-07-01
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ES266850U (es) 1983-02-16
MX154151A (es) 1987-05-26
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STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: PATENT REVOKED

27W Patent revoked

Effective date: 19890209

GBPR Gb: patent revoked under art. 102 of the ep convention designating the uk as contracting state
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NLR2 Nl: decision of opposition
BERE Be: lapsed

Owner name: CURTY

Effective date: 19890731

EUG Se: european patent has lapsed

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