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TETE DE CYLINDRE POUR MOTEURS A COMBUSTION INTERNE, EN PARTICULIER POUR
VEHICULES A MOTEUR.
L'invention est relative à la conformation constructive de têtes de cylindres refroidies pour moteurs à combustion'interne, en particulier pour moteurs de véhicules à grand rendement spécifique à soupapes d'admis- sion et d'échappement suspendues et procure avant tout un refroidissement amélioré des points sensibles de la tête de cylindre, en particulier des sièges des soupapes d'échappement Elle permet l'application de diamètres de cylindres plus grande que jusqu'à présent dans des moteurs à grande vitesse ainsi que de refroidissement à haute température avec une sécurité de marche impeccable et donne lieu à une augmentation importante du rendement des ma- chines équipées avec de telles têtes de cylindres.
Suivant l'invention, on a prévu en tout, dans la tête-de cylindre, plus de 4 soupapes, et les canaux à gaz qui sont raccordés aux sièges de sou- papes sont conduits de telle manière que leurs parois, au voisinage des siè- ges de soupapes, sont exemptes de tout excroissance ou de tout contact avec les parois de la tête de cylindre, c'est-à-dire sont balayées de toutes parts par le liquide de refroidissemento En outre, le liquide de refroidissement est conduit par les parois ou autres organes de.guidage de manière telle qu'il s'écoule d'abord autour des canaux d'échappement, près des sièges de soupape, avec une grande vitesseo L'invention se base sur la constatation que dans 1' emploi de plus de 4 soupapes,
par exemple pour 3 soupapes d'admission et 2 soupapes d'échappement ou pour 3 soupapes d'admission et 3 soupapes d'échap- pement et avec la conformation indiquée de la tête de cylindre, en particulier les soupapes d'échappement, les bougies d'allumages, les tuyères d'injection de combustibles ainsi que les canaux d'échappement ou d'autres endroits au voisinage d'une chambre de combustion placée entre les soupapes, sont parti- culièrement bien refroidies. Ils peuvent par suite être soumis à une forte fatigue thermique et l'on peut par suite augmenter le rendement et la sécuri- té d'exploitation de la machine.
L'épaisseur de paroi aux sièges de soupape
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peut, avec l'invention, être réalisée avec une tolérance d'environ 1 mm, ce qui, dans les coulées faites jusqu'à présent de telles têtes de cylin- dres, ne pourrait être obtenu.
L'invention procure des avantages en particulier pour des cylin- dres de diamètres relativement grands, par exemple de 140 à 180 mm, qui ne pouvaient jusqu'à présent être employés pour des moteurs de véhicules à marche rapide, pour des raisons ayant trait au refroidissement des pistons et des cylindres.
Le bon refroidissement, en particulier des sièges de sou- papes d'évacuation, permet une durée de vie extraordinaire d'une tête de cylindre suivant l'invention, à un point qu'il n'est pas possible d'attein- dre même avec des sièges de soupapes interchangeables, qui, comme on sait, donnent lieu à de grandes difficultés par suite des tensions qui y naissent et surtout par suite de leur effet isolant entre le siège et l'agent de refroidissemento Les sections des espaces de refroidissement de la tête de cylindre;
, qui se trouvent derrière les sièges de soupapes d'échappement en direction de l'écoulement de l'agent de refroidissement, sont dans le dé- veloppement ultérieur de l'invention, maintenues si grandes qu'aux autres surfaces de refroidissement de la tête de cylindre il règne une vitesse d' écoulement beaucoup plus faible qu'à l'endroit des sièges des soupapes d' échappement.
De manière avantageuse on prévoit des parois pour la retransmis- sion de la pression entre les fonds supérieur et inférieur de la tête de cylindre qui, en plan, se développent à peu près parallèlement à l'axe du cylindre,en principe au dessus du joint ou garniture entre chemise de cylindre et tête de cylindre Or dotientainsi un appui extraordinairent favorable et une dé- charge des sections du cylindre relativement aux forces latérales.
La gar- niture entre la tête de cylindre et le cylindre est d'ailleurs, dans la réa- lisation possible avec l'invention, des parois du fond du cylindre à épais- seur uniforme déterminée seulement en fonction de la fatigue, particuliè- rement bien refroidieo Les parois de transmission de l'effort peuvent, sui- vant l'invention, servir en même temps aussi à conduire vers les sièges de soupapes le liquide de refroidissement.
Dans le développement ultérieur de l'invention, on prévoit, dans le fond supérieur de la tête de cylindre, une ouverture qui permet un ùsi- nage des parois entourant la monture ou siège de la tuyère d'injection ou de la bougie d'allumage,,
Par là on arrive à un effet de refroidissement accru de la bougie ou de la tuyère d'injection, et l'on évite ainsi les difficultés se produi- sant si souvent aujourd'hui par surchauffe de ces parties et ainsi les dif- ficultés inhérentes à l'emploi du refroidissement à haute températureo L'usi- nage se fait dans une paroi dont l'épaisseur n'est conditionnée que par¯des considérations de résistance des matériauxo Par cette forme de réalisation, on peut arriver à une fixation extraordinairement favorable des noyaux et à une réalisation uniforme des parois,
et l'on évite ainsi des difficultés qui se présentent actuellement dans la fabrication des pièces coulées et les piè- ces défectueuses qui se présentent très souvent.
Des têtes de cylindres suivant l'invention conviennent particuliè- rement pour le refroidissement à haute température. Par exemple on peut, dans le refroidissement à haute température au moyen d'huile, employer sans inconvénients des températures de 140 C, et encore davantage. Justement dans ce cas, il y a un intérêt particulier, d'une part, à un effet de refroidis- sement accru à l'endroit des sièges de soupapes d'échappement, d'autre part, à un effet de refroidissement -moins énergique aux autres endroits.
Suivant l'invention, le liquide de refroidissement arrive dans la tête du cylindre par des ouvertures en dessous des divers canaux d'échappe- ment et est conduit plus loin, depuis là, de la manière propre à l'invention.
Les soupapes sont, de manière connue, agencées de telle manière qu'elles ne dépassent pas ou seulement peu de la face inférieure de la tête
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de cylindre, afin que le piston du moteur puisse être amené jusque tout près contre la paroi'inférieure de la tête de cylindre qui forme le fond' du cylindre, -lorsque ceci est nécessaire en raison de la grande compres- sion ou de la présence d'une grande chambre de compression dans la tête du cylindre ou dans le piston.
La tête du cylindre est, pour un nombre égal de soupapes d'ad- mission et d'échappement, conformée avantageusement de manière symétrique, en plan, par rapport à l'axe du moteur, c'est-à-dire que les soupapes, les canaux et les moyens de fixation sont agencés de manière symétrique par rapport à un plan vertical passant par l'axe de la machine. Dans ce cas, il faut donc seulement, même pour les moteurs en plusieurs séries, un seul modèle de fonderie et une seule pièce finie convenant pour toutes les sé- ries, et un seul genre de pièces de rechange.
Pour la fixation de la tête de cylindre au cylindre on peut avan= tageusement employer 6 ou 8 vis de dilatation qui sont agencées symétrique- ment par rapport à l'axe transversal de la tête de cylindre et à distance égale ou à peu près égale l'une de l'autre, pour assurer ainsi une bonne transmission de la pression sur les parois d'appui précitées, et par là une répartition uniforme de la pression sur le joint et une fermeture tout à fait étanche.
Pour que les boulons de fixation qui sont passés à travers l'intérieur de la tête de cylindre ne soient pas trop soumis à l'échauffe- ment par les canaux d'échappement, les parties de la tête de cylindre qui entourent immédiatement les boulons de fixation sont ,agencées de telle sor- te qu'ils ne soient pas en relation calorifiquement conductive avec les ca- naux à gazo
Sur le dessin, on a représenté schématiquement divers exemples de réalisation. Figure 1 représente une tête de cylindre pour un moteur Otto avec trois soupapes d'admission et deux soupapes d'échappement, en; coupe ver- ticale suivant la ligne E-F de la figure 2, laquelle montre la même tête de cylindre en coupe horizontale suivant les lignes A-B et C-D de la figure-1.
La figure 3 montre une tête de cylindre pour un moteur à combus- tion à tuyère d'injection avec trois soupapes d'admission et trois soupapes d'échappement, en-coupe verticale suivant la ligne G-H de la figure 4, qui montre à sa partie supérieure une coupe de la figure 3, suivant la ligne I-K, et à sa partie inférieure une coupe de la figure 3 suivant la ligne L-M.
La tête de cylindre montrée aux figures 1 et 2 est symétrique par rapport au plan vertical passant par la ligne E-F et contient une bou- gie d'allumage 1. Autour de celle-ci sont disposées cinq soupapes 2, 3, 4, 5,6 dont les têtes ne dépassent pas du fond de la tête de cylindreo 2 et 3 sont les soupapes d'échappement, 4,5 et 6 les soupapes d'admission. -La. tête de cylindre est limitée par un fond 7, une paroi supérieure 8, les parois frontales 9, 10 et les parois latérales 11, 12.
Des sièges des soupapes 2 et 3 partent des canaux 13,14 qui sont vers des ouvertures dans la paroi latérale 11 et de même des canaux 15,16 17 vont des sièges des soupapes 4, 5,6 à des ouvertures dans la paroi latérale 12. Dans les parois latérales 11 et 12 se trouvent des vis d'évent 18 que l'on peut ouvrir lors du remplissage delà tête de cylindre. Dans le fond 7 se trouvent, tous les canaux, les ouvertures 19, 20, 21, 22.
A l'intérieur de la tête de cylindre sont disposées deux parois 23 et 24 qui s'étendent du fond 7 jusqu'à la paroi supérieure 8 et qui com- prennent entre elles un espace à peu près cylichdirique. Les parois 23 et 24 ser- vent au guidage de l'eau de refroidissement. Elles présentent près du fond 7, en dessous des canaux 13, 14, 15, 16, 17, des ouvertures 25, 26, 27, 28, 29 et immédiatement sous la paroi supérieure 8, des,ouvertures de communi- cation plus petites 30o Le liquide de refroidissement est forcé de paser à travers la paroi 23, en majeure partie par 25 et 26, et de refroidie d' abord les surfaces 50 aux sièges des soupapes d'échappement 2 et 30
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Il balaye ensuite les sièges des soupapes d'admission 4, 5-et 6, passe par 27, 28,
29 à travers la paroi 24 et quitte la tête de cylindre par le$ ouvertures 20, 21, 22 ou par des ouvertures prévues à un autre endroit.
Les parois 23 et 24 sont, suivant l'invention, autant que possi- ble menées de telle façon qu'elles se trouvent, en plan, sensiblement au- dessus du joint 42 entre le cylindre et la tête de cylindre. Ainsi lors du serrage des vis de fixation, la pression est reportée uniformément sur le joint et on empêche des déformations de la tête de cylindre lors du serra- ge des visa De petites déviations dans le tracé des parois 23 et 24, par rapport à l'allure du joint, sont sans importance.
42 est la chemise du cylindre, 43, un joint entre celle-ci et la tête de cylindre pour la chambre de combustion, 44 est le carter du vilbre- quin, 45 sont des joints pour-l'agent de refroidissement aux ouvertures de passage. La fixation de la tête de cylindre se fait par quatre boulons 30, 31, 32, 33 qui traversent la tête de cylindre, et par quatre boulons dans les alésages 34, 35, 36, 37 qui en même temps, intéressent les têtes de cy- lindres voisines. Les boulons 30,31 sont entourés de chemise 38, 39 qui sont forcées par pression dans la tête de cylindre. Les boulons ainsi noyés sont refroidis à leur pourtour et sur toute leur longueur et ne sont pas sou- mis à la transmission de chaleur venant des canaux à gaz.
Du côté admission, on peut, pour recevoir les boulons 32 et 33, prévoir des oeillets dans la matière coulée de la tête de cylindre, qui se raccordent à la paroi 12 ou même aux canaux 15,16 et 17.
Du côté échappement, ce mode d'exécution avec des oeillets dans
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46 désigne une poche qui se trouve entre le fond 7 et la paroi
8, passant au centre de la tête de cylindre et qui sert à recevoir la bou- gie d'allumage 1 et le câble d'allumage.
Sur les figures 3 et 4 on a disposé au centre de la tête de cy- lindre un dispositif d'injection 51. Autour de celui-ci sont disposées uni- formément trois soupapes d'admission 52, 53, et 54, et trois soupapes d'é- chappement 55,56, 57. La construction de la tête de cylindre suivant les figures 3 et 4 est en principe identique à celle de la forme de réalisation suivant les figures 1 et 2. Ici, le fond est désigné par 58 et la paroi su- périeure par 59, les parois frontales par 60 et 61 et les parois latérales par 62 et 63; 64 et 65 sont les canaux d'admission, 66 et 67 les canaux d' échappement.
Pour l'introduction de l'eau de refroidissement, on a les ouvertures 68, 69,
70. Par les ouvertures 71, 72, 73, l'eau de refroidissement s'écoule hors de la tête de cylindre.
Les parois conductrices dans la tête de cylindre sont désignées par 75 et 76, elles possèdent les ouvertures 77, 78, 79, 80, 81, 82 et ser- vent au même but que les parois 23 et 24 décrites aux figures 1 et 2. Dans la présente forme d'exécution aussi, les parois se trouvent au-dessus du joint 85 du cylindre et assurent ainsi une transmission uniforme de la pres- sion lors de la fixation de la tête sur le bloc de cylindre 86.
A une certaine distance du fond 58 est agencée une paroi parallè- le à celui-ci, qui s'étend entre les parois 60, 61 et les canaux d'admission et d'échappement. De ce-fait, plus encore que dans la forme de réalisation suivant les figures 1 et 2, le courant principal du liquide de refroidisse- ment est.forcé à s'écouler à grande vitesse autour de la partie inférieure de la tête de. cylindre, surtout autour des surfaces de refroidissement 50 près des sièges de soupapes. 88 est l'épaisseur de la paroi de la tête de cylindre aux sièges des soupapes d'échappement.
Ceci peut être réalisé, pour des positions favorables des noyaux, comme cela résulte de l'exemple de réa- lisation des figures 3 et 4, avec une tolérance d'environ 1 mm, ce qui ne peut être atteint dans d'autres modes de construction, usuels jusqu'à présent,
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de têtes de cylindres pour de relativement grands moteurs de véhicules.
91 est une ouverture dans le fond supérieur 59 de la tête de cylindre, qui est fermée par une plaque 92, dans le moyeu de laquelle est prévu un alésage 94.
Sur le filet 95 du moyeu 93 est-fixé un écrou à chapeau 96 qui presse la partie 97 du corps de tuyère 98 de la tuyère à combustible par un joint 99 contre le moyeu 93.
100 sont des vis de fixation de la plaque 92 sur la tête de cylindre.Au corps de tuyère 98 est prévu une autre portée 101, qui est pressée par le joint 102 contre le collet 103 de la paroi 58. 104 est la surface extérieu- re du collet 103.. Celui-ci peut, dans l'agencement dessiné, être travaillé proprement. puisqu'il est accessible aux outils d'en haut, par l'ouverture 91.
105 est l'espace au dessus de la paroi 87. Les sections d'écou- lement de cet espace, traversée par l'agent de refroidissement sont mainte- nues assez grandes pour que règne ici une vitesse d'écoulement de l'agent de refroidissement sensiblement plus faible qu'à l'endroit des soupapes d' échappement.
REVENDICATIONS.
1. Tête de cylindre refroidie par liquide pour moteurs à com- bustion, en particulier moteurs de véhicules à grand rendement spécifique, à soupapes d'admission et d'échappement suspendues, convenant avant tout au refroidissement à haute température caractérisée en ce que l'on a prévu en tout plus de quatre soupapes et en ce que les parois des canaux d'admission et d'échappement sont entièrement libres sur leur pourtour (à peu près à la hauteur du plan de coupe C-D) et en ce que dans 1-*intérieur de la tête de cy- lindre sont agencées des parois ou d'autres organes de guidage (23, 24, 25 à 29) de manière telle que le courant principal du liquide de refroidissement soit amené d'abord aux surfaces de refroidissement (50) et au voisinage des sièges de soupapes,d'échappement.