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MOTEUR, A COMBUSTION INTERNE A INJECTION DE COMBUSTIBLE, AVEC CULASSE, A REFROIDISSEMENT PAR AIR OU PAR EAU, A CHAMBRE DE COMBUSTION RAPPORTEE.
La présente invention concerne un moteur à combustion interne à injection de combustible présentant une culasse à refroidissement par air ou par eau, avec chambre de combustion rapportée.
Les culasses qui comportent une chambre de combustion prévue dans leur masse et qui sont destinées aux moteurs à combustion interne, en particulier aux moteurs à combustion interne à injection de combustible, sont des pièces de fonderie très compliquées dans lesquelles on ne peut jamais éviter complètement, pour des raisons relevant de nécessités de construction, certaines accumulations de matière. Dans les culasses à re- froidissement par eau;, cet inconvénient apparaît avec une importance ac- crue, en raison du déplacement éventuel du noyau;, avec lequel il faut tou- jours compter.
Il s'ensuit qu'il existe toujours, à l'intérieur des pièces moulées constituant les culasses, des tensions dans la fonte. Ces tensions agissent ultérieurement, en service, sous l'influence de la chaleur et pro- duisent des fissureso 11 faut donc compter toujours sur un certain rebut que l'on ne peut éliminer que partiellement par un recuit des pièces mou- lées ayant pour but de supprimer les tensions internes. Mais ce qu'il y a de grave en la matière, c'est que, la plupart du temps,les fissures n'ap- paraissent qu'après une certaine durée de fonctionnement.
Suivant l'invention, et pour remédier à ces défauts le moteur à combustion est caractérisé par une culasse dans laquelle la chambre de combustion et les sièges de soupape sont logés dans une pièce rapportée spéciale qui recouvre toute'la section transversale de l'alésage du cylin- dre. Cette pièce rapportée qui a la forme d'un disque circulaire est montée à la presse dans une cavité correspondante de la culasse proprement dite
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ou bien de la culasse proprement dite est emmanchée à chaud sur cette piè- ce rapportée. En outre, il est possible aussi de couler la. pièce rapportée dans la culasse proprement dite suivant le procédé de moulage compound.
Grâce à cette séparation entre la partie de la culasse, qui fournit la chambre de combustion ainsi que les sièges de soupape, et le restant de la culasse, on simplifie d'une manière considérable la pièce moulée constituant la culasse proprement dite. La répartition de la ma- tière à l'intérieur de la pièce moulée., est beaucoup plus régulière, de sorte qu'il ne se produit, pour ainsi dire, plus de tensions internes. S'il arrive cependant que de telles tensions prennent naissance on peut les sup- primer sûrement au moyen d'un recuit.
Ce mode d'exécution de la culasse offre un autre avantage rési- dant en ce que la pièce rapportée qui fournit la chambre de combustion et les sièges de soupapes peut être prévue en une fonte grise particulièrement appropriée en un acier spécial résistant aux températures élevées,la fonte grise pouvant être moulée avec une précision telle., ou l'acier spécial pou- vant être forgé avec une précision telle, que l'on puisse se dispenser de procéder à l'usinage de la chambre de combustion.
En outre, dans le cas où il s'agit d'une pièce rapportée forgée, on peut employer pour sa fabrication un acier ayant une faible conductibili- té calorifique? ce qui garantit une perte de chaleur plus faible, par ces- sion de chaleur àl'eau ou à l'air de refroidissement, sans qu'il y ait à re- douter pour autant des zones surchauffées dans la chambre de combustion.
Pour les culasses en métal léger? l'exécution suivant l'inven- tion fournit encore cet avantage que les gaz chauds, à haute pression, de la combustion., ne viennent plus directement en contact avec le métal léger, de sorte que ce métal n'est plus exposé à être attaqué par ces gaz qui sont souvent très agressifs quand on emploie des combustibles d'une qualité un peu médiocre
Pour les pièces rapportées montées à la presse, il faut que leur logement dans la culasse proprement dite ait une forme parfaitement cylindrique et il faut en outre qu'il existe, du côté de la culasse., une surface usinée avec précision afin que soit assurée une bonne transmission de la chaleur, de la pièce rapportée à la culasse proprement diteo Cette exigence ne peut être satisfaite qu'à la condition que la pièce rapportée ait partout la même hauteur,
cette hauteur étant déterminée par la hauteur de la chambre de combustions augmentée de l'épaisseur de sa paroi supérieu- reo Il faut donc, pour satisfaire à cette exigence, une certaine dépense de poids. Dans de nombreux cas, il y a là une nécessité qui n'est pas désirable mais ce mode d'exécution de la pièce rapportée présente d'un autre côté cet avantage que la pièce rapportée, en raison de sa hauteur, conserve sa forme, en service, malgré l'influence de la chaleur.
Pour rendre inutile l'usinage de qualité, coûteux, des surfaces de contact de la pièce rapportée et de la culasse et pour ne pas courir le risque que de 1$huiles ayant pénétré entre ces surfaces, influence d'une manière défavorable l'écoulement de la chaleur, on peut, suivant l'inven- tion, munir la pièce rapportée, au voisinage de son poutour et suivant les contours des alésages correspondant aux sièges de soupape, de nervures d'é- tanchéité à arêtes vives. Ces nervures s'enfoncent dans la pièce moulée constituant la culasse proprement dite ou bien, quand il s'agit d'une culas- se proprement dit en fonte grise et d'une pièce rapportée en acier, elles s'aplatissent légèrement, formant ainsi une direction.
On a prévu en outre d'obtenir un contact métallique entre les -surfaces de la pièce rapportée et de la culasse proprement dite9 tel qu'on n'ait plus besoin maintenant d'un usinage de qualité. Il peut même exister entre elles un certain intervalle. On ménage à cet effet à partir de la sur- face intérieure de la culasse proprement dite, des canaux allant vers l'ex- térieur, dans lesquels on verse une certaine quantité de sodium et que l'on ferme ensuite au moyen de bouchons filetés. En service? ce sodium devient
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liquide et il est aspiré par l'effet capillaire dans l'intervalle entre les deux surfaceso On assure de cette manière l'écoulement de la chaleur, de la pièce rapportée à la culasse proprement dite.
En raison de leur poids plus élevé, qui est inévitable, les pièces rapportées montées à la presse conviennent dans tous les cas où, les dimensions du moteur n'étant pas trop grandes;, les exigences concernant la réduction du poids ne sont pas trop sévères. Quand il s'agit de moteurs de grandes dimensions et quand il existe, au sujet de la réduction du poids, des exigences sévères, il vaut mieux employer une pièce rapportée moulée suivant le procédé compound;, parce que cette pièce n'a pas besoin d'avoir partout la même hauteur, de sorte que cette hauteur peut être réduite dans la partie de la pièce rapportée qui n'est pas prise par la chambre de com- bustion et par sa paroi.
Les sièges de soupape peuvent être disposés, partie dans la pa- roi supérieure de la chambre de combustion et partie dans la région de la pièce rapportée qui n'est pas prise par la chambre de combustion et par sa paroi. On peut aussi loger toutes les soupapes dans la partie de la pièce rapportée qui n'est pas prise par la chambre de combustion et par sa paroi.
Dans ce dernier cas, on peut faire en sorte que l'injecteur ou un autre ap- pareil supplémentaire,par exemple une bougie de réchauffage débouche dans la chambre de combustion à travers la paroi supérieure de celle-ci. Dans le premier casle siège de soupape se trouvant dans la paroi supérieure de la chambre de combustion sera de préférence le siège de la soupape d'échap- pement.
Le dessin représente à titre d'exemples,divers modes de réa- lisation de l'invention.
La figure 1 représente une coupe verticale faite à travers une culasse à refroidissement par air. Cette culasse est munie d'une pièce rap- portée montée à la presse etle siège de la soupape d'échappement se trou- ve dans la paroi supérieure de la chambre de combustiontandis que les siè- ges des soupapes d'admission se trouvent dans la partie de la pièce rappor- tée qui n'est pas prise par la chambre de combustion et par sa paroi.
La figure 2 représente une coupe verticale faite à travers une culasse munie d'une pièce rapportée montée à la presse. Cette pièce rappor- tée présente sur sa face supérieure des nervures d'étanchéité à arêtes vi- ves suivant son pourtour extérieur et suivant les contours des alésages correspondant aux sièges de soupape. La culasse proprement dite est munie de canaux qui sont destinés à permettre de verser du sodium. Les sièges de soupape sont disposés de la même manière que dans la forme de réalisation suivant la figure le
La figure 3 représente une vue en plan de la pièce rapportée, munie de nervures d'étanchéité à arêtes vives.
La figure 4 représente à plus grande échelle une nervure d'étan- chéité à arêtes vives, dont elle montre la coupeo
La figure 5 représente une coupe verticale faite à travers une culasse à refroidissement par air. Cette culasse comporte une pièce rappor= tée coulée. La disposition des sièges de soupapes est la même que sur la figure la
La figure 6 représente une coupe verticale faite à travers une culasse qui comporte une pièce rapportée coulée. Tous les sièges de soupa- pes sont disposés dans la partie de la pièce rapportée qui n'est pas prise par la chambre de combustion et par sa paroi. Un injecteur débouche dans la chambre de combustion à travers la paroi supérieure de celle-cio
Sur toutes les figures les mêmes repères sont employés pour la désignation des pièces ou des parties identiques ou correspondantes.
Le re- père 1 désigne la pièce moulée formant la culasse. Le repère 2 désigne la pièce rapportée,en fonte ou en acier. Le repère 3 désigne la.chambre de com- bustion prévue dans cette pièce rapportée, d'une manière connueen dehors
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de l'axe du cylindrée Dans la paroi supérieure 4 de la pièce rapportée, il existe un siège de soupape qui est de préférence le siège 5 de la sou- pape d'échappement, tandis que le siège 6 (ou les sièges 6) pour la soupa- pe d'admission (ou pour les soupapes d'admission) est aménagé (ou sont amé- nagés) dans la partie de la pièce rapportée 2 qui n'est pas prise par la chambre de combustion 3 et par sa paroipar exemple au fond d'un dégagement fraisé 7o L'alésage 8 (ou les alésages 8) correspondant au siège 6 (ou aux sièges 6)
de la soupape d'admission (ou des soupapes d'admission) est (ou sont) conçu et réalisé de façon à se raccorder d'une manière parfaite avec le canal (ou les canaux) d'admission 9 prévu (ou prévus) dans la culasse 1.
De même, l'alésage 10, correspondant au siège 5 de la soupape d'échappe- menta un diamètre qui est égal à celui de l'alésage 11 prévu dans la cu- lasse 1. L'alésage 11 débouche dans un canal d'échappement 12 ménagé dans la culasse.
La forme de réalisation suivant la figure 2 correspond essentiel- lement à la forme de réalisation suivant la figure 1;, avec cette différence toutefois que la pièce rapportée 2 est munie, sur sa face supérieure, sui- vant son contour extérieur et suivant les contours des alésages 8, 10 cor- respondant aux sièges de soupapede nervures d'étanchéité circulaires, à arêtes vives qui sont tournées vers la face correspondante de la culasse.
En outre la culasse 1 est munie de canaux forés,14 qui sont destinés à re- cevoir du sodium. Les canaux sont fermés,après remplissage au moyen de bouchons vissés 15, assurant une fermeture étanche à l'air.
Dans la forme de réalisation suivant la figure 3, la pièce rap- portée 2 présente une hauteur plus faible dans sa partie qui n'est pas prise par la chambre de combustion 3 et par la paroi de cette chambre. Elle est obtenue par coulée dans la culasse 1, cette coulée étant faite suivant le procédé compoundo La disposition des sièges de soupapesdes alésages cor- respondant aux sièges de soupapes et des canaux correspond à celle qui a été décrite à propos de la figure 1.
Dans la forme de réalisation suivant la figure 6,tous les siè- ges de soupapes sont disposés dans la partie de la pièce rapportée 2 qui n'est pas prise par la chambre de combustion 3 et par sa paroio L'injecteur 18 débouche dans la chambre de combustion 3 par la paroi supérieure 4 de cet- te chambrée REVENDICATIONSo
L'invention s'étend notamment aux caractéristiques ci-après et à leurs combinaisons possibleso
1)
Moteur à combustion interne à injection avec culasse à refroi- dissement par eau ou par airg à chambre de combustion rapportée caractérisée par ce que dans la pièce moulée 1 formant la culasse est prévue une pièce rapportée 2 en fonte ou bien en un acier résistant aux températures élevées et ayant une faible conductibilité calorifique ou bien encore en une autre matière appropriée, laquelle pièce rapportée qui contient la chambre de com- bustion et les sièges de soupape recouvre toute la section transversale de l'alésage du cylindre,cette disposition évitant les inconvénients de ten- sions et de retraits des culasses en fontes coulées d'une seule pièceo
2) La pièce rapportée est introduite à la presse dans le corps de culasseo
3) La culasse 1 est emmanchée à chaud sur la pièce rapportée 2.
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ENGINE, WITH INTERNAL COMBUSTION WITH FUEL INJECTION, WITH CYLINDER HEAD, WITH AIR OR WATER COOLING, WITH ADAPTED COMBUSTION CHAMBER.
The present invention relates to an internal combustion engine with fuel injection having an air or water cooled cylinder head, with an attached combustion chamber.
Cylinder heads which have a combustion chamber provided in their mass and which are intended for internal combustion engines, in particular for internal combustion engines with fuel injection, are very complicated foundry parts in which one can never completely avoid, for reasons relating to construction requirements, certain accumulations of material. In water-cooled cylinder heads ;, this drawback appears with increased importance, due to the possible displacement of the core ;, which must always be reckoned with.
It follows that there is always, inside the castings constituting the cylinder heads, tensions in the cast iron. These stresses act subsequently, in service, under the influence of heat and produce cracks. There is therefore always a certain amount of scrap which can only be partially eliminated by annealing the castings for the purpose of to remove internal tensions. But what is serious about this is that most of the time, cracks only appear after a certain period of operation.
According to the invention, and to remedy these defects the combustion engine is characterized by a cylinder head in which the combustion chamber and the valve seats are housed in a special insert which covers the entire cross section of the bore of the cylinder. This insert which has the shape of a circular disc is press-mounted in a corresponding cavity of the cylinder head proper.
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or else the cylinder head proper is hot-pressed onto this insert. In addition, it is also possible to sink the. part added to the cylinder head proper using the compound molding process.
Thanks to this separation between the part of the cylinder head, which provides the combustion chamber as well as the valve seats, and the remainder of the cylinder head, the molded part constituting the cylinder head proper is considerably simplified. The distribution of the material inside the molded part is much more even, so that there is, so to speak, no more internal stresses. If, however, such stresses do occur, they can be reliably removed by annealing.
This embodiment of the cylinder head offers another residing advantage in that the insert which provides the combustion chamber and the valve seats can be provided in a particularly suitable gray cast iron in a special steel resistant to high temperatures, gray cast iron can be cast with such precision, or special steel can be forged with such precision, that machining of the combustion chamber can be dispensed with.
Furthermore, in the case of a forged insert, a steel having a low heat conductivity can be used for its manufacture? this guarantees a lower heat loss, by heat transfer to the water or to the cooling air, without the risk of overheating areas in the combustion chamber.
For light metal cylinder heads? the execution according to the invention still provides this advantage that the hot, high pressure gases of combustion no longer come into direct contact with the light metal, so that this metal is no longer exposed to being attacked by these gases which are often very aggressive when using fuels of a somewhat mediocre quality
For press-fitted inserts, their housing in the cylinder head proper must have a perfectly cylindrical shape and there must also be, on the cylinder head side, a precisely machined surface in order to be ensured. good heat transmission, from the attached part to the cylinder head proper o This requirement can only be met on condition that the attached part has the same height everywhere,
this height being determined by the height of the combustion chamber increased by the thickness of its upper wall. To meet this requirement, therefore, a certain expenditure of weight is necessary. In many cases, this is a necessity which is not desirable, but this embodiment of the insert has on the other hand the advantage that the insert, due to its height, retains its shape, in service, despite the influence of heat.
In order to make unnecessary the costly, quality machining of the contact surfaces of the insert and the cylinder head and to avoid the risk that oils having penetrated between these surfaces adversely influence the flow heat, it is possible, according to the invention, to provide the insert, in the vicinity of its beam and following the contours of the bores corresponding to the valve seats, with sealing ribs with sharp edges. These ribs are inserted into the molded part constituting the cylinder head proper or, when it is a question of a cylinder head proper in gray cast iron and a steel insert, they flatten slightly, thus forming a direction.
It is also planned to obtain a metallic contact between the -surfaces of the insert and the cylinder head proper9 such that there is no longer a need for quality machining. There may even be a certain interval between them. For this purpose, from the inner surface of the cylinder head proper, channels are provided to the outside, into which a certain quantity of sodium is poured and which are then closed by means of threaded plugs. . In service? this sodium becomes
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liquid and is sucked by the capillary effect in the gap between the two surfaces. This ensures the flow of heat from the insert to the cylinder head proper.
Due to their higher weight, which is unavoidable, press-mounted inserts are suitable in all cases where, the dimensions of the motor are not too large ;, the requirements for weight reduction are not too severe . When it comes to large motors and when there are severe demands on weight reduction, it is better to use an insert molded according to the compound process ;, because this part does not need to have the same height everywhere, so that this height can be reduced in the part of the insert which is not taken by the combustion chamber and by its wall.
The valve seats may be disposed part in the upper wall of the combustion chamber and part in the region of the insert which is not taken by the combustion chamber and its wall. It is also possible to accommodate all the valves in the part of the insert which is not taken by the combustion chamber and by its wall.
In the latter case, it is possible to arrange for the injector or another additional device, for example a glow plug, to open into the combustion chamber through the upper wall thereof. In the first case, the valve seat in the upper wall of the combustion chamber will preferably be the seat of the exhaust valve.
The drawing shows, by way of example, various embodiments of the invention.
Figure 1 shows a vertical section taken through an air cooled cylinder head. This cylinder head has a press fitted insert and the exhaust valve seat is in the top wall of the combustion chamber while the intake valve seats are in the combustion chamber. part of the attached part which is not captured by the combustion chamber and its wall.
Figure 2 shows a vertical section taken through a cylinder head provided with an insert fitted to the press. This attached part has on its upper face sealing ribs with sharp edges following its outer periphery and following the contours of the bores corresponding to the valve seats. The cylinder head itself is provided with channels which are intended to allow the pouring of sodium. The valve seats are arranged in the same way as in the embodiment according to figure le
Figure 3 shows a plan view of the insert, provided with sealing ribs with sharp edges.
FIG. 4 shows on a larger scale a sealing rib with sharp edges, the cross section of which it shows.
Figure 5 shows a vertical section taken through an air cooled cylinder head. This cylinder head comprises a piece repor = casting casting. The arrangement of the valve seats is the same as in the figure
Figure 6 shows a vertical section taken through a cylinder head which has a cast insert. All the valve seats are arranged in the part of the insert which is not taken by the combustion chamber and by its wall. An injector opens into the combustion chamber through the upper wall of the latter.
In all the figures the same references are used for the designation of identical or corresponding parts or parts.
Reference 1 designates the molded part forming the cylinder head. Item 2 designates the added part, in cast iron or steel. Reference 3 designates the combustion chamber provided in this insert, in a manner known outside
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of the displacement axis In the upper wall 4 of the insert there is a valve seat which is preferably the seat 5 of the exhaust valve, while the seat 6 (or seats 6) for the intake valve (or for the intake valves) is fitted (or are fitted) in the part of the insert 2 which is not taken by the combustion chamber 3 and by its wall, for example at the bottom of a countersunk clearance 7o Bore 8 (or bores 8) corresponding to seat 6 (or seats 6)
of the intake valve (or intake valves) is (or are) designed and produced so as to connect perfectly with the inlet channel (or channels) 9 provided (or provided for) in the cylinder head 1.
Likewise, the bore 10, corresponding to the seat 5 of the exhaust valve, has a diameter which is equal to that of the bore 11 provided in the cylinder 1. The bore 11 opens into a channel of exhaust 12 provided in the cylinder head.
The embodiment according to FIG. 2 corresponds essentially to the embodiment according to FIG. 1, with the difference, however, that the insert 2 is provided, on its upper face, following its external contour and following the contours. bores 8, 10 corresponding to the valve seats of circular, sharp-edged sealing ribs which face the corresponding face of the cylinder head.
In addition, the cylinder head 1 is provided with drilled channels 14 which are intended to receive sodium. The channels are closed, after filling by means of screw caps 15, ensuring an airtight closure.
In the embodiment according to FIG. 3, the attached part 2 has a lower height in its part which is not taken by the combustion chamber 3 and by the wall of this chamber. It is obtained by casting in the cylinder head 1, this casting being made according to the compoundo process. The arrangement of the valve seats in the bores corresponding to the valve seats and of the channels corresponds to that which has been described with regard to FIG. 1.
In the embodiment according to FIG. 6, all the valve seats are arranged in the part of the insert 2 which is not taken by the combustion chamber 3 and by its wall. The injector 18 opens into the chamber. combustion chamber 3 by the upper wall 4 of this chamber CLAIMSo
The invention extends in particular to the following characteristics and their possible combinations:
1)
Internal combustion engine with injection with water-cooled or air-cooled cylinder head with attached combustion chamber characterized in that in the molded part 1 forming the cylinder head is provided an insert 2 made of cast iron or else of a temperature resistant steel high and having a low heat conductivity or even of another suitable material, which insert which contains the combustion chamber and the valve seats covers the entire cross section of the cylinder bore, this arrangement avoiding the disadvantages of tension and withdrawal of cylinder heads in one piece cast iron
2) The attached part is introduced by press into the cylinder head body
3) The cylinder head 1 is hot pressed onto the insert 2.
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