EP0484197B1 - Culasse de moteur à combustion interne munie d'un insert métallique disposé à la coulée - Google Patents

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EP0484197B1
EP0484197B1 EP19910402790 EP91402790A EP0484197B1 EP 0484197 B1 EP0484197 B1 EP 0484197B1 EP 19910402790 EP19910402790 EP 19910402790 EP 91402790 A EP91402790 A EP 91402790A EP 0484197 B1 EP0484197 B1 EP 0484197B1
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EP
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insert
cylinder head
collar
head according
ellipse
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EP19910402790
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German (de)
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EP0484197A1 (fr
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Christian Chapelle
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Automobiles Peugeot SA
Automobiles Citroen SA
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Automobiles Peugeot SA
Automobiles Citroen SA
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/0009—Cylinders, pistons
    • 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
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/02—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means
    • F02F1/04—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means for air cooling
    • 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
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F2001/248—Methods for avoiding thermal stress-induced cracks in the zone between valve seat openings

Definitions

  • the subject of the invention is an internal combustion engine cylinder head provided with a metal insert arranged for casting, in the zones subjected to strong temperature gradients, in particular between two valve seats.
  • inserts are generally of revolution with a cylindrical part, one end of which is arranged in the cylinder head opposite the hot surface has a folded collar intended to avoid the concentration of stresses.
  • This type of insert has the disadvantage of being sometimes driven in rotation by the tool machining the seats of the valve seats, hence a large scrap of cylinder heads considerably increasing the manufacturing costs.
  • Document DE-A-1508934 shows a tubular insert of constant elliptical cross section arranged for pouring into the wall of a tube. This insert is used to modify the thermal expansion in a part of the tube.
  • the invention aims to eliminate this drawback while ensuring a good distribution of the stresses generated in operation.
  • a cylinder head according to the invention is provided with an insert of the type comprising a folded-down circular collar and is characterized in that the body of the insert, arranged in the hot zone of the cylinder head, is a cylinder of elliptical section. gradually connecting to the circular flange.
  • the functional area of the elliptical body of the insert is located in the vicinity of the minor axis of the ellipse, the insert being arranged for casting so that the major axis of the ellipse is aligned with the right joining the centers of the seats of the valve seats between which the insert must establish a double junction.
  • connection radius of the elliptical body and the circular flange is constant over the entire periphery of the latter.
  • the angle of folding of the fallen edge constituting the flange is greater than 90 °. Finally the angles of the edge of the collar will be cut down.
  • the insert 1 made of stamped sheet metal has an axis of symmetry defined by two planes of symmetry II-II and in the plane IV-IV.
  • the body 2 of the insert is a cylinder of elliptical section.
  • the minor axis of the base ellipse is located in the II-II plane and the major axis in the IV-IV plane.
  • the body 2 is connected to a circular collar 3 produced by a beaten collar or dropped edge.
  • the radius R of connection of the dropped edge and the elliptical body is constant over the entire periphery.
  • the functional area is distributed symmetrically on either side of the minor axis of the ellipse.
  • zone Z the folding angle ⁇ of the fallen edge is greater than 90 ° and the sharp angles are cut down.
  • the large radius of the fallen edge forming the flange 3 associated with a stamped angle greater than 90 ° makes it possible to avoid peak effects which can generate stresses detrimental to the holding of the cylinder head.
  • the fallen edge 3 is embedded in the metal of the cylinder head 8 opposite the face 9 subjected to the hot gases from the combustion chamber.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

  • L'invention a pour objet une culasse de moteur à combustion interne munie d'un insert métallique disposé à la coulée, dans les zones soumises à de forts gradients de température, notamment entre deux sièges de soupapes.
  • Pour éviter la formation de criques d'origine thermique on utilise actuellement de façon courante dans les culasses de moteurs diesel des inserts en tôle emboutie noyés dans le sable avant la coulée qui, après usinage des portées des sièges de soupape, constituent deux arcs distincts joignant ces portées dans les zones les plus vulnérables.
  • Ces inserts sont généralement de révolution avec une partie cylindrique dont une extrémité disposée dans la culasse à l'opposé de la surface chaude présente une collerette rabattue destinée à éviter la concentration des contraintes. Ce type d'insert présente l'inconvénient d'être parfois entrainé en rotation par l'outil usinant les portées des siège de soupape, d'où un rebut important de culasses augmentant considérablement les coût de fabrication.
  • Le document DE-A-1508934 montre un insert tubulaire de section elliptique constante disposé à la coulée dans la paroi d'un tube. Cet insert sert à modifier la dilation thermique dans une partie du tube.
  • L'invention a pour but de supprimer cet inconvénient tout en assurant une bonne répartition des contraintes engendrées en fonctionnement.
  • A cet effet une culasse selon l'invention est munie d'un insert du type comportant une collerette circulaire rabattue et se caractérise en ce que le corps de l'insert, disposé dans la zone chaude de la culasse, est un cylindre de section elliptique se raccordant à la collerette circulaire de manière progressive.
  • De préférence la zone fonctionnelle du corps elliptique de l'insert est située au voisinage du petit axe de l'ellipse, l'insert étant disposé à la coulée de telle sorte que le grand axe de l'ellipse soit aligné avec la droite joignant les centres des portées des sièges de soupapes entre lesquels l'insert doit établir une double jonction.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention le rayon de raccordement du corps elliptique et de la collerette circulaire est constant sur tout le pourtour de cette dernière.
  • Selon une autre caractéristique l'angle de pliage du bord tombé constituant la collerette est supérieur à 90°. Enfin les angles du bord de la collerette seront abattus.
  • D'autres caractéristiques apparaitront à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation non limitatif illustré par le dessin annexé dans lequel :
    • la figure 1 représente une vue de l'insert coté collerette en projection parallèlement à son axe de symétrie ;
    • la figure 2 montre une vue en coupe de l'insert selon le plan II - II passant par le petit axe de l'ellipse;
    • la figure 3 est un détail agrandi de la section de la collerette dans la zone fonctionnelle;
    • la figure 4 est une vue en coupe de l'insert selon le plan IV-IV passant par le grand axe de l'ellipse;
    • la figure 5 montre de façon schématique la disposition de l'insert avant la coulée;
    • la figure 6 montre la zone de la culasse où est disposée l'insert après l'usinage des portées des sièges de soupape ;
    • la figure 7 est une coupe selon le plan VII-VII de la figure 6 montant l'insert noyé dans la culasse.
  • Tel qu'on peut le voir aux figures 1 à 4, l'insert 1 réalisé en tôle emboutie présente un axe de symétrie défini par deux plans de symétrie II-II et dans le plan IV-IV.
    Le corps 2 de l'insert est un cylindre de section elliptique. Le petit axe de l'ellipse de base est situé dans le plan II-II et le grand axe dans le plan IV-IV.
  • Le corps 2 est raccordé à une collerette circulaire 3 réalisée par un collet battu ou bord tombé. Le rayon R de raccord du bord tombé et du corps elliptique est constant sur tout le pourtour.
  • La zone fonctionnelle est répartie symétriquement de part et d'autre du petit axe de l'ellipse.
    Dans la zone Z l'angle pliage α du bord tombé est supérieur à 90° et les angles vifs sont abattus. Ces précautions sont importantes pour éviter une concentration des contraintes. Avant la coulée de la culasse (figure 5) l'insert 1 est en partie noyé dans les noyaux sable 4,5 destinés à ménager les conduits d'admission et d'échappement, le grand axe de l'ellipse du corps 2 étant positionné sur l'axe joignant les centres de ces conduits.
  • Lors de l'usinage des portées des sièges de soupape 6,7 (fig.6) les parties de l'insert hors la zone fonctionnelle Z sont enlevées par l'outil et, grâce à la forme elliptique de l'insert associée au bord tombé circulaire, on évite l'entrainement en rotation de celui-ci.
  • En fonctionnement, le grand rayon du bord tombé formant la collerette 3 associé à un angle d'embouti supérieur à 90° permet d'éviter les effets de pointe qui peuvent engendrer des contraintes préjudiciables à la tenue de la culasse.
  • Le bord tombé 3 est noyé dans le métal de la culasse 8 à l'opposé de la face 9 soumise aux gaz chauds de la chambre de combustion.

Claims (5)

  1. Culasse de moteur à combustion interne munie d'un insert métallique disposé à la coulée comportant une collerette circulaire rabattue, qui, après usinage des portées des sièges de soupapes, constitue deux arcs distincts joignant ces portées, caractérisée en ce que le corps 2 de l'insert 1, disposé dans la zone chaude de la culasse, est un cylindre de section elliptique se raccordant à la collerette circulaire 3 de manière progressive.
  2. Culasse selon la revendication 1, caractérisée en ce que la zone fonctionnelle Z du corps elliptique de l'insert est située au voisinage du petit axe de l'ellipse, l'insert étant disposé à la coulée de telle sorte que le grand axe de l'ellipse soit aligné avec la droite joignant les centres des portées des sièges de soupapes 6, 7 entre lesquels l'insert doit établir une double jonction.
  3. Culasse selon les revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le rayon de raccordement R du corps elliptique 2 et de la collerette circulaire 3 est constant sur tout le pourtour de cette dernière.
  4. Culasse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'angle de pliage du bord tombé constituant la collerette est supérieur à 90°.
  5. Culasse selon la revendication 4 caractérisé en ce que les angles du bord de la collerette sont abattus.
EP19910402790 1990-10-30 1991-10-18 Culasse de moteur à combustion interne munie d'un insert métallique disposé à la coulée Expired - Lifetime EP0484197B1 (fr)

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Publications (2)

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EP0484197A1 EP0484197A1 (fr) 1992-05-06
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FR2668403A1 (fr) 1992-04-30
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FR2668403B1 (fr) 1994-12-02

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