FR3041383A1 - Chemise de cylindre d'un moteur borgne - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une chemise (2) de cylindre (31) d'un moteur borgne (1) agencée dans une chambre cylindrique (6) du moteur (1), la chemise (2) étant pourvue d'une face supérieure (20a) comprenant au moins un élément d'étanchéité (3a, 3b, 3c) aux gaz, ledit élément d'étanchéité (3a, 3b, 3c) étant apte à prendre appui sur un plafond (22) de la chambre cylindrique (6).

Description

CHEMISE DE CYLINDRE D’UN MOTEUR BORGNE L'invention concerne de manière générale les moteurs à combustion interne qui comportent au moins un cylindre et un attelage mobile composé du vilebrequin, de la bielle et d’un piston. L'invention concerne plus particulièrement une chemise de cylindre d’un moteur borgne à combustion interne. L’invention concerne également le moteur borgne à combustion interne comprenant une telle chemise. L’invention concerne aussi un véhicule automobile comprenant un tel moteur borgne.

Dans l’état de la technique, le moteur borgne à combustion interne comprend une culasse coulée d'une seule pièce avec le carter cylindre et la culasse fermant une partie supérieure de ce carter cylindre. La partie culasse comporte un orifice de logement de bougie électrique, un logement d’injecteur et des sièges de soupapes. La partie carter cylindre comporte au moins un cylindre comprenant un alésage dans lequel se déplace un piston. Autour de ce cylindre, sont positionnés un circuit de refroidissement dans lequel circule du liquide de refroidissement, et un circuit d'admission d'air pour amener, via des lumières creusées dans la chemise, de l'air frais vers la chambre à combustion située dans la partie haute de l'alésage.

Dans un tel moteur borgne, chaque cylindre comprend une chambre de combustion cylindrique dans laquelle est rapportée une chemise notamment par emboîtement. Cette chemise est maintenue fixée dans cette chambre cylindrique en étant comprimée de sorte à exercer une pression de contact nécessaire pour une étanchéité aux gaz en prenant appui sur une extrémité haute de cette chambre autrement appelé plafond de la chambre cylindrique ou encore face de feu d’une chambre de combustion.

Cependant, dans un tel moteur borgne pourvu d’une chemise agencée selon cette configuration dans la chambre cylindrique de chaque cylindre, l’étanchéité aux gaz n’est souvent pas satisfaisante dans toutes les conditions de fonctionnement moteur. En effet lors du fonctionnement du moteur, la chemise est soumise à des efforts de compression importants qui engendrent une variation de la pression de contact qui n’est alors plus suffisante pour assurer une telle étanchéité aux gaz. De plus, lors du fonctionnement du moteur, les dilatations thermiques entre le carter cylindres et la chemise engendrent une variation de l’effort de plaquage de la chemise et par conséquent une diminution de la pression de contact qui n’est alors plus suffisante pour assurer une telle étanchéité aux gaz.

La présente invention vise à pallier de tels inconvénients des moteurs borgnes de l’état de l’art.

Dans ce dessein, l’invention concerne une chemise de cylindre d’un moteur borgne agencée dans une chambre cylindrique du moteur, la chemise étant pourvue d’une face supérieure comprenant au moins un élément d’étanchéité aux gaz, ledit élément d’étanchéité étant apte à prendre appui sur un plafond de la chambre cylindrique.

Dans d’autres modes de réalisation : - l’élément d’étanchéité est une cabosse définie dans la face supérieure ou une pièce rapportée à ladite face supérieure ; - l’élément d’étanchéité est positionné à proximité d’un bord intérieur de ladite chemise ; - la face supérieure comprend une zone de réduction d’un volume compris entre ladite face supérieure et le plafond de la chambre cylindrique, la zone de réduction étant définie entre l’élément d’étanchéité et un bord extérieur de la face supérieure ; - l’élément d’étanchéité comprend deux parois formant entre elles un angle aigu ; - l’élément d’étanchéité comprend deux parois qui sont reliées entre elles en leur première extrémité par une zone d’appui ayant notamment une forme arrondie, et - la chemise est une pièce rapportée audit moteur. L’invention concerne également un moteur borgne comprenant une partie culasse et une partie carter cylindre, le moteur étant pourvu d’au moins une chambre cylindrique, chaque chambre cylindrique comportant une telle chemise de cylindre.

Avantageusement, chaque chambre cylindrique comprend un plafond définissant une surface de contact sur laquelle au moins un élément d’étanchéité est apte à prendre appui. L’invention concerne aussi un véhicule automobile comprenant un telle moteur borgne. D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description d’un mode de réalisation préféré qui va suivre, en référence aux figures, réalisé à titre d’exemple indicatif et non limitatif : - la figure 1 est une vue en coupe transversale d’un moteur borgne à combustion interne comprenant au moins une chemise de cylindre selon un mode de réalisation de l’invention ; - la figure 2 est une vue en coupe transversale d’une partie haute de la chemise de cylindre comprenant deux éléments d’étanchéité aux gaz selon un mode de réalisation de l’invention, et - la figure 3 représente schématiquement une vue en coupe transversale d’une partie d’une chambre cylindrique du moteur borgne selon le mode de réalisation de l’invention.

Dans la suite de la description, on se réfère à un trièdre d'axe longitudinal x, axe du moteur et/ou du vilebrequin, d'axe transversal y et d'axe vertical z qui est parallèle à l'axe de chaque cylindre 31.

Dans le présent mode de réalisation représenté sur les figures 1, 2 et 3, un moteur borgne 1 à combustion interne est un moteur 1 monobloc. Plus précisément, il comprend un bloc-moteur 12 comportant une partie culasse 10a et une partie carter-cylindre 10b qui forme ensemble une seule pièce obtenue par moulage. Dans cette configuration, la partie carter-cylindre 10b est fermée en partie supérieure par la partie culasse 10a et en partie inférieure par un carter à huile. On notera que le bloc-moteur 12 est réalisé en matière métallique comme l’aluminium ou encore de la fonte.

Cette partie culasse 10a comprend au moins un conduit d'échappement débouchant dans un toit 13 de chambre à combustion 14 (visible sur la figure 3) qui forme une cavité sensiblement conique. La partie culasse 10a supporte au moins une soupape 32 qui ferme l'accès au conduit d’échappement. Dans ce moteur 1, la soupape 32 est apte à ouvrir l'accès au conduit d’échappement lors de la phase d'échappement des gaz brûlés. Plus précisément, la soupape 32 se déplace selon un mouvement longitudinal suivant un axe incliné selon les contraintes de combustion du moteur 1. La partie culasse 10a peut comprendre aussi des dispositifs d'injection et d'allumage.

La partie carter-cylindre 10b comprend au moins un cylindre 31 vertical lequel cylindre 31 comprend une chambre cylindrique 6. Cette chambre cylindrique 6 est susceptible de déboucher au niveau de son extrémité haute encore appelée plafond 22 de la chambre cylindrique 6, dans la cavité du toit 13 de chambre 6 dans la partie culasse 10a et au niveau de son extrémité basse dans une chambre de bielle 15 (visible sur la figure 1) disposée sensiblement horizontalement. La chambre cylindrique 6 est obtenue de fonderie et conformée pour accueillir une chemise 2 de cylindre sensiblement tubulaire. La chambre de bielle 15 abrite le vilebrequin 16 qui est relié à des bielles par leurs extrémités basses à partir de liaisons pivot. Les extrémités hautes des bielles sont quant elles reliées à un piston qui coulisse dans un alésage 17 intérieur de la chemise 2, avec des mouvements de va-et-vient. Le vilebrequin 16 est maintenu par des paliers fixés au carter cylindres 31 par au moins deux couples de paliers et chapeaux de paliers entourant ledit vilebrequin 17 et disposés transversalement par rapport à l'axe de rotation du vilebrequin 16.

La chemise 2 de cylindre est une pièce rapportée au bloc-moteur 12. Cette chemise 2 est en forme de tube cylindrique et est réalisée en matière métallique telle que la fonte, l’acier ou encore l’aluminium. On notera que la chemise 2 peut être réalisée dans une matière métallique différente de celle du bloc-moteur 12.

Cette chemise 2 comporte l’alésage 17 intérieur dans lequel coulisse le piston. Une telle chemise 2 a un diamètre extérieur qui est inférieur ou égal au diamètre de la chambre cylindrique 6 du cylindre 31, le diamètre de son alésage 17 étant sensiblement supérieur au diamètre du piston et sa longueur égale ou supérieure à la longueur de la chambre cylindrique 6.

Cette chemise 2 comprend une paroi 18 pourvue de faces intérieure et extérieure 19a, 19b ainsi que d’une face supérieure 20a qui relie les faces intérieure et extérieure 19a, 19b entre elles.

La face supérieure 20a de la chemise 2 comprend au moins un élément d’étanchéité 3a, 3b, 3c aux gaz qui a notamment pour fonction d'assurer une étanchéité entre la chemise 2 et le bloc-moteur 12. De plus cet élément d’étanchéité 3a, 3b, 3c permet d’augmenter les pressions de contact et de minimiser l’effort de compression de la chemise 2 durant le fonctionnement du moteur 1. Sur la figure 3, la chemise 2 peut comprendre un unique élément d’étanchéité 3c et sur la figure 2 elle peut en comporter plusieurs ici elle en comprend deux 3a, 3b.

Chaque élément d’étanchéité 3a, 3b, 3c peut être une cabosse ou encore une protubérance faisant saillie sur la face supérieure 20a de la chemise 2. Dans ce cas, cet élément d’étanchéité 3a, 3b, 3c est alors réalisé dans la même matière métallique que la chemise 2.

Alternativement, chaque élément 3a, 3b, 3c peut être une pièce rapportée à ladite face supérieure 20a en étant par exemple fixée notamment de manière amovible sur cette dernière ou encore en étant juste posée sur cette face 20a afin d’être intercalée entre le bloc-moteur 12 et la chemise 2 lorsque cette dernière est montée dans la chambre cylindrique 6. Dans ce cas, cet élément d’étanchéité 3a, 3b, 3c est réalisé dans la même matière métallique que la chemise 2 ou que le bloc-moteur 12 ou encore dans une matière différente de celle dans laquelle sont réalisés la chemise 2 et le bloc-moteur 12.

Sur les figures 2 et 3, l’élément d’étanchéité 3a, 3b, 3c a une section transversale (selon l’axe y) de forme générale triangulaire et une section longitudinale (selon l’axe x) de forme circulaire. Cet élément 3a, 3b, 3c comprend deux parois 7a, 7b qui sont reliées entre elles en leur première extrémité par une zone d’appui 8 formant un sommet de cet élément d’étanchéité 3a, 3b, 3c. La deuxième extrémité de chacune de ces parois 7a, 7b réalise avec une partie sensiblement plane de la face extérieure 20a deux zones de liaison 9 formant la base de cet élément d’étanchéité 3a, 3b, 3c.

La zone d’appui 8 et les zones de liaison 9 peuvent avoir une forme arrondie. Plus précisément, la zone d’appui 8 peut présenter un rayon de courbure qui est compris entre environ 95 et 150 pm, et de préférence 100 pm. S’agissant de chaque zone de liaison 9, elle peut avoir un rayon de courbure qui est compris entre environ 150 et 250 pm, et de préférence 200 pm.

Ces deux parois 7a, 7b forment un angle a aigu compris entre environ 10 et 80 degrés, et est de préférence de 30 degrés. L’élément d’étanchéité 3a, 3b, 3c présente également une hauteur h (visible sur la figure 2) par rapport à la face supérieure 20a qui est comprise entre environ 450 et 550 pm, et est de préférence de 500 pm.

Dans cette configuration, l’élément d’étanchéité 3a, 3b, 3c est agencé au niveau de la face supérieure 20a en étant compris de préférence à proximité d’un bord intérieur 21a de la chemise 2 reliant la face intérieure 19a à la face supérieure 20a de la paroi 18 de la chemise 2. Cet élément d’étanchéité 3a, 3b, 3c peut par exemple être compris à une distance d1, d3 du bord intérieur 21a qui est d’environ 750 et 850 pm, et de préférence 800 pm de ce bord intérieur 21a.

Sur la figure 2, la chemise 2 peut comprendre deux éléments d’étanchéité 3a, 3b. Dans ces conditions, le premier élément d’étanchéité 3a peut être agencé à une distance d2 du deuxième élément d’étanchéité 3b. Cette distance d2 peut être comprise entre environ 950 et 1050 pm, et de préférence 1000 pm.

On notera que la définition de ces différentes dimensions de l’élément d’étanchéité 3a, 3b, 3c contribue à minimiser un matage entre ce dernier et une surface 23 de contact définie dans le plafond 22 de la chambre cylindrique 6 sur laquelle il prend appui lorsque la chemise 2 est agencée dans la chambre cylindrique 6.

La chemise 2 comprend également un bord extérieur 21b reliant la face supérieure 20a à la face extérieure 19b de la paroi 18 de la chemise 2. Cette face supérieure 20a comprend une partie qui est comprise entre l’élément d’étanchéité 3a, 3b, 3c et le bord extérieur 21b. Cette partie de la face supérieure 20a comprend une zone de réduction 24 d’un volume 25 dit « volume mort » compris entre la face supérieure 20a et le plafond 22 de la chambre cylindrique 6. Cette zone de réduction 24 du volume 25 présente une section transversale dont la forme particulière vise à réduire ce volume 25. Dans cette configuration, l’écart d4 compris entre cette zone de réduction 24 et le plafond 22 de la chambre cylindrique 6 est réduite au maximum au niveau du bord extérieur 21b de la chemise 2. A ce niveau cet écart d4 est compris entre environ 200 et 300 pm, et de préférence 200 pm après la mise en place de la chemise.

On notera qu’au niveau du bord extérieur 21b le plafond 22 de la chambre cylindrique 6 peut comprendre une cavité autrement appelé « undercut » qui décrit un volume qui est ainsi réduit par cette zone de réduction 24. En effet, la partie de la zone de réduction 24 localisée en regard de cette cavité a une forme sensiblement complémentaire à cette dernière. Une telle zone de réduction 24 permet d’atténuer une fuite de gaz éventuelle vers un joint 28 torique d’étanchéité agencée sur la face extérieure 19b de la paroi 18 de la chemise 2. Ce joint 28 torique d’étanchéité est décrit par la suite.

Ainsi que nous l’avons vu précédemment la paroi 18 de la chemise 2 comprend les faces intérieure et extérieure 19a, 19b. La face intérieure 19a de cette paroi 18 définie le périmètre de l’alésage 17 intérieure de la chemise 2. La face extérieure 19b quant à elle, comprend des zones proéminentes 29 comportant chacune une gorge adaptée à accueillir le joint 28 torique en matière élastomère dont le diamètre est supérieur à la profondeur de ladite gorge. Cette face extérieure 19b comprend également aménagées entre ces zones proéminentes 29 des première et deuxième échancrures 26a, 26b circulaires.

La première échancrure 26a circulaire est destinée au passage d’un liquide de refroidissement. Dans cette configuration, la paroi 27 intérieure de la chambre cylindrique 6 forme une paroi pour la première échancrure 26a. Dans ces conditions, les joints 28 toriques sont comprimés contre cette paroi 27 intérieure de la chambre cylindrique 6 et donc étanchéifient cette première échancrure 26a. La paroi 27 intérieure et la première échancrure 26a forment ainsi une chambre de liquide 4 de refroidissement qui est circulaire et étanche. Cette chambre de liquide 4 permet alors au liquide de refroidissement provenant d’un circuit de refroidissement du moteur 1 de circuler autour de la chemise 2. Ce liquide de refroidissement pénètre dans cette chambre de liquide 4 à partir d’un orifice d'entrée situé dans la paroi 27 de la chambre cylindrique 6 et en ressort ensuite éventuellement par un orifice de sortie localisée également dans cette même paroi 27. On notera qu’un élément de guidage de l'écoulement du liquide de refroidissement peut être mis en place dans la première échancrure 26a.

La deuxième échancrure 26b circulaire qui est disjointe de la première 26a par la zone proéminente 29, peut être située à mi-hauteur ou encore en partie basse de la face extérieure 19b de la chemise 2. La deuxième échancrure 26b comprend un fond pourvu d’au moins un trou débouchant dans l'alésage 17 qui est de préférence percé dans la zone haute de la deuxième échancrure 26b. Ce trou est aménagé ainsi dans le fond de cette deuxième échancrure 26b afin d’autoriser le passage de l'air frais d'admission visant à alimenter la chambre à combustion 14 dans l'alésage 17. Ce trou est sensiblement à mi-hauteur dans la paroi 17 de la chemise 2. Dans cette configuration, la paroi 27 intérieure de la chambre cylindrique 6 forme une paroi pour la deuxième échancrure 26a. Dans ces conditions les joints 28 toriques sont comprimés contre cette paroi 27 intérieure de la chambre cylindrique 6 et donc étanchéifient cette deuxième échancrure 26b. La paroi 27 intérieure et la deuxième échancrure 26b forment ainsi une chambre d’air 5 circulaire et étanche, si on fait exception du trou percé dans le fond de cette deuxième échancrure 26b. Cette chambre d’air 5 permet ainsi à l'air frais d'admission provenant d’un circuit d'admission d'air de pouvoir entrer par l'orifice d'entrée d'air afin de s'échapper ensuite dans la chambre à combustion 14 par le trou percé à cet effet dans la paroi 18 chemise 2.

Ainsi que nous l’avons vu, dans ce moteur borgne 1, la chemise 2 est une pièce rapportée qui lors de la fabrication du moteur 1 est emboîtée dans la chambre cylindrique 6 par le bas du moteur 1 jusqu'au plafond 22 de ladite chambre 6 en appui sur la surface 23 de contact par l’intermédiaire d’au moins un élément d’étanchéité 3a, 3b, 3c. Cette chemise 2 peut être maintenue fixe par une butée qui est une pièce métallique de forme sensiblement parallélépipédique comprenant un alésage par lequel passe une vis pour se loger dans un trou taraudé dans la paroi de la chambre de bielle 15, le trou taraudé étant situé de façon préférentielle près de la chambre cylindrique 6 du cylindre 2. Cette pièce métallique exerce une force sur la chemise 2 qui vise à maintenir ainsi l’élément d’étanchéité 3a, 3b, 3c en appui sur la surface 23 de contact du plafond 22 de la chambre cylindrique 6.

Ainsi la chemise 2 est prise en « sandwitch >> entre ladite pièce métallique et le bloc-moteur 12 en étant comprimée afin d’assurer une pression de contact adaptée à une étanchéité aux gaz. Dans cette configuration, une étanchéité aux gaz est également assurée entre la chambre de combustion 14 et la chambre de liquide 4, les pressions de contact au niveau d’une interface comprise entre l’élément d’étanchéité 3a, 3b, 3c et la surface de contact 23 sont supérieures à la pression de combustion maximale.

On notera que le moteur 1 peut comprendre un ressort 30 de compensation des dilatations thermiques, agencée dans la chambre de bielle 15 et qui coopère avec la pièce métallique pour exercer une telle force sur la chemise 2.

Avantageusement, l’élément d’étanchéité 3a, 3b, 3c est particulièrement adapté pour être mis en oeuvre dans des moteurs 1, notamment des moteurs 1 borgnes, dans lesquels le bloc-moteur 12 et chaque chemise 2 sont réalisés dans des matières métalliques différentes. En effet, cet élément d’étanchéité 3a, 3b, 3c est définie dans sa structure et ses dimensions afin de tenir compte de dilatations thermiques différentielles entre un bloc-moteur 12 qui peut être en aluminium et une chemise 2 en fonte. Un tel élément d’étanchéité 3a, 3b, 3c permet ainsi de compenser la perte de pression de contact dans la phase de démarrage du moteur 1.

De plus, cet élément d’étanchéité 3a, 3b, 3c permet d’assurer une pression de contact suffisante entre la chemise 2 et le bloc-moteur 12 dans toutes les conditions de fonctionnement du moteur 1. Il est apte en particulier à contrer l’effort de compression de la chemise 2 lors des différentes phases de fonctionnement du moteur 1.

En outre on notera qu’un tel élément d’étanchéité 3a, 3b, 3c est d’un faible encombrement au regard du volume de la chambre cylindrique 6 et n’induit aucune complication dans le cadre de la fabrication de la chemise 2 et le montage de la chemise 2 dans la chambre cylindrique 6.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Chemise (2) de cylindre (31) d’un moteur borgne (1) agencée dans une chambre cylindrique (6) du moteur (1), la chemise (2) étant pourvue d’une face supérieure (20a) comprenant au moins un élément d’étanchéité (3a, 3b, 3c) aux gaz, ledit élément d’étanchéité (3a, 3b, 3c) étant apte à prendre appui sur un plafond (22) de la chambre cylindrique (6).
2. 2. Chemise (2) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l’élément d’étanchéité (3a, 3b, 3c) est une cabosse définie dans la face supérieure (20a) ou une pièce rapportée à ladite face supérieure (20a).
3. 3. Chemise (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’élément d’étanchéité (3a, 3b, 3c) est positionné à proximité d’un bord intérieur (21a) de ladite chemise (2).
4. 4. Chemise (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la face supérieure (20a) comprend une zone de réduction (24) d’un volume compris entre ladite face supérieure (20a) et le plafond (22) de la chambre cylindrique (6), la zone de réduction (24) étant définie entre l’élément d’étanchéité (3b, 3c) et un bord extérieur (21 b) de la face supérieure (20a).
5. 5. Chemise (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’élément d’étanchéité (3a, 3b, 3c) comprend deux parois (7a, 7b) formant entre elles un angle (a) aigu.
6. 6. Chemise (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’élément d’étanchéité (3a, 3b, 3c) comprend deux parois (7a, 7b) qui sont reliées entre elles en leur première extrémité par une zone d’appui (8) ayant notamment une forme arrondie.
7. 7. Chemise (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle est une pièce rapportée audit moteur 1.
8. 8. Moteur borgne (1) comprenant une partie culasse (10a) et une partie carter cylindre (10b), le moteur (1) étant pourvu d’au moins une chambre cylindrique (6), chaque chambre cylindrique (6) comportant une chemise (2) de cylindre selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.
9. 9. Moteur borgne (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque chambre cylindrique (6) comprend un plafond (22) définissant une surface (23) de contact sur laquelle au moins un élément d’étanchéité (3a, 3b, 3c) est apte à prendre appui.
10. 10. Véhicule automobile comprenant un moteur borgne (1) selon la revendication précédente.