EP0082090A1 - 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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EP0082090A1 EP82420110A EP82420110A EP0082090A1 EP 0082090 A1 EP0082090 A1 EP 0082090A1 EP 82420110 A EP82420110 A EP 82420110A EP 82420110 A EP82420110 A EP 82420110A EP 0082090 A1 EP0082090 A1 EP 0082090A1
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    • 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.
  • 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 am3ante 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, aluminum plated steel, 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 Figure 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.
  • the present invention aims to overcome these drawbacks.
  • the cylinder head gasket it relates to, of the type in which gas tightness is achieved by metal fire rings each consisting of a part associated with an opening of the gasket, so as to cover the edge of said opening, and having two wings overlapping the two faces of the seal, one of which has been crimped, the wing set with the fire ring is associated with a metal plate engaged between said wing and the seal , and held in place by the pressure exerted by the latter.
  • the reinforcement ensures 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 may be located on the face of the seal facing the combustion prechamber, or on the opposite face of the seal facing the side opposite to the prechamber
  • the width of the metal reinforcing plate is greater than the width of the wing of the ring of fire 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 reinforcing plate makes it possible to modulate the ratio of the clamping pressures.
  • the ring of fire has a thickness of O, 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 area of the prechamber, i.e. a distribution from 70 - 100 against 50 -100 in the conventional solution.
  • the part of each metal part engaged under a wing of a ring of fire is ribbed.
  • the fire ring covers an element such as a ribbed metal strip of one or more thicknesses or a ring which, disposed at the edge of the opening considered, consists of an open or closed ring containing for example asbestos, copper, brass, a refractory alloy, graphite or a ceramic
  • the metal reinforcing plate is arranged so as to provide a triple thickness of metal only 'at the level of the element covered by the ring of fire.
  • 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.
  • Figures 5 and 6 of the accompanying schematic drawing show variants of the seal of Figure 4, in which the fire ring 14 is crimped by covering a metal or metalloplastic reinforcement ring.
  • the part of the reinforcing plate 17 engaged under the wing 16 of the fire ring has a triple reinforcing rib 21.
  • Figures 8 and 9 show two alternative embodiments of this seal, in which the fire ring 14 is crimped, in the case of Figure 8, on a ribbed metal strip 22, and in the case of Figure 9 on two ribbed metal strips 23 arranged on either side of a strip 24.
  • the superimposition of the reinforcing plate 17 with the crimped wing 16 of the fire ring 14 takes place at the level of the strips 22 and 24 respectively included in the ring.
  • the invention brings a great improvement to the existing technique by providing a cylinder head gasket whose design allows better adjustment of 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.
  • the invention is not limited to the sole embodiments of this cylinder head gasket, described above by way of examples; on the contrary, it embraces all of the variant embodiments and applications.
  • the wing set with each ring of fire and the reinforcement plate could be located not on the side opposite to the prechamber, but on the side of the latter, without leaving the frame. of the invention.

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Abstract

Joint du type 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 des deux a subi un sertissage.
Selon l'invention, l'aile sertie (16) de l'anneau de feu est associée à une plaque métallique (17) engagée entre ladite aile et le joint (13), et maintenue en place par la pression exercée par cette dernière.
Application à l'équipement de moteurs diesel.

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 à des pressions et des températures 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'am3ante 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 réalisée 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 montré 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.
  • La présente invention vise à pallier ces inconvénients.
  • A cet effet, dans le joint de culasse qu'elle concerne, du type dans lequel l'étanchéité au gaz est réalisée par des anneaux de feu métalliques constitués 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 a subi un sertissage, l'aile sertie de l'anneau de feu est associée à une plaque métallique engagée entre ladite aile et le joint, et maintenue en place par la pression exercée par cette dernière.
  • Le renforcement ainsi réalisé assure une meilleure répartition des pressions dans la zone de la chambre de précombustion et une meilleure résistance mécanique aux hautes températures. 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 préchambres
  • 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 où 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 la 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 O, 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 métallique 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 renfercement permet de moduler le rapport des pressions de serrage.
  • A titre d'exemple, si l'anneau de feu a une épaisseur de O,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 répartition 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.
  • Selon une autre possibilité, la partie de chaque pièce métallique engagée sous une aile d'un anneau de feu est nervurée.
  • Selon une autre forme d'exécution de l'invention, dans laquelle l'anneau de feu recouvre un élément tel qu' une bande métallique nervurée à une ou plusieurs épaisseurs ou un anneau qui, disposé au niveau du bord de l'ouverture considérée, est constitué par un anneau ouvert ou fermé contenant par exemple de l'amiante, du cuivre, du laiton, un alliage réfractaire, du graphite ou une céramique, la plaque métallique de renforcement est disposée de manière à ne fournir une triple épaisseur de métal qu'au niveau de l'élément recouvert par l'anneau de feu.
  • De toute façon, 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, plusieurs formes 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 ;
    • Figures 5 à 9 sont des vues correspondant à cinq variantes d'exécution du joint de figure 4.
    • 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 préchambre 10 et le bloc ou la chemise 11 est réalisée par un joint de culasse 11. 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 tout ou partie de la largeur de l'aile 15 au regard de la préchambre.
  • Dans la forme d'exécution représentée, l'épaisseur de plaque 17 de renforcement correspond à l'épaisseur de l'anneau de feu métallique 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.
  • Les figures 5 et 6 du dessin schématique annexé montrent des variantes du joint de figure 4, dans lesquelles l'anneau de feu 14 est serti en recouvrant un anneau de renforcement métallique ou métalloplastique.
  • Dans la forme d'exécution de figure 5, il s'agit d'un anneau 18 de type fermé, contenant une certaine quantité d'amiante 19, tandis que, dans la forme d'exécution de la figure 6, il s'agit d'un anneau 20 de type ouvert contenant également de l'amiante 19. Il est à noter que le matériau contenu dans l'anneau 18 ou l'anneau 20 pourrait être différent de l'amiante et constitué par exemple par du cuivre, du laiton, un alliage réfractaire, du graphite ou une céramique.
  • Il est à noter que, dans les deux cas, il n'y a superpesition de La plaque 17 de refercement avec l'aile courte 16 de l'anneau de feu qu'au niveau de l'anneau central, respectivement, 18, 20.
  • Dans la forme d'exécution représentée à la figure 7, la partie de la plaque de renforcement 17 engagée sous l'aile 16 de l'anneau de feu présente une triple nervure de renforcement 21.
  • Les figures 8 et 9 représentent deux variantes d'exécution de ce joint, dans lequel l'anneau de feu 14 est serti, dans le cas de la figure 8, sur une bande métallique nervurée 22, et dans le cas de la figure 9 sur deux bandes métalliques nervurées 23 disposées de part et d'autre d'une bande 24. Dans ce cas encore, la superposition de la plaque de renforcement 17 avec l'aile sertie 16 de l'anneau de feu 14 se fait au niveau des bandes respectivement 22, et 24 incluses dans l'anneau.
  • 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 considérée. 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 à celui des joints de culasses traditionnels.
  • Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce joint de culasse, décrites ci-dessus à titre d'exemples ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application. C'est ainsi notamment que l'aile sertie de chaque anneau de feu et la plaque de renforcement pourraient être situées non pas du côté opposé à la préchambre, mais du côté de celle-ci, sans que l'on sorte pour autant du cadre de l'invention.

Claims (10)

1. - Joint de culasse pour moteur à combustion interne avec préchambre de combustion, du type 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 des deux a subi un sertissage, caractérisé en ce que l'aile sertie (16) de l'anneau de feu est associée à une plaque métallique (17) engagée entre ladite aile et le joint (13), et maintenue en place par la pression exercée par cette dernière.
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 l'épaisseur de chaque plaque de renforcement (17) est égale à l'épaisseur de l'anneau de feu (14) auquel elle est associée.
5. - Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'épaisseur de la plaque de renforcement (17) est différente de l'épaisseur de l'anneau de feu (14) auquel elle est associée.
6. - Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la largeur de la plaque métallique (17) de renforcement est supérieure à la largeur de l'aile (16) de l'anneau de feu à laquelle - elle est associée.
7. - Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, 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.
8. - Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, 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.
9. - Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la partie de chaque pièce métallique (17) engagée sous une aile (16) d'un anneau de feu est nervurée.
10. - Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que, dans la mesure où l'anneau de feu (14) recouvre un élément tel qu'une bande métallique nervurée (22, 23) à une ou plusieurs épaisseurs ou un anneau (18, 20) qui, disposé au niveau du bord de l'ouverture considérée, est constitué par un anneau ouvert ou fermé contenant par exemple de l'amiante, du cuivre, du laiton, un alliage réfractaire, du graphite, ou une céramique, la plaque métallique de renforcement (17) est disposée de manière à ne fournir une triple épaisseur de métal qu'au niveau de l'élément (18, 20, 22, 23) recouvert par l'anneau de feu (14).
EP82420110A 1981-12-10 1982-07-30 Joint de culasse pour moteur à combustion interne avec préchambre de combustion Expired EP0082090B1 (fr)

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DE (2) DE82090T1 (fr)
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FR (1) FR2518171B1 (fr)
MX (1) MX154151A (fr)
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