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Tête dé cylindre pour moteurs à gaz chaud.
L'invention concerne une tête de cylindre, et plus particu- lièrement une tête de cylindre pour moteurs à gaz chaud.
L'invention permet de construire une tête de cylindre telle que le choix du matériau dont est constituée la tête de cylindre ne soit pas trop limité par les conditions imposées à ce matériau en ce qui concerne sa résistance à la température de régime du moteur.
La tête de cylindre réalisée conformément à l'invention est construite de manière' telle que la paroi qui, lors du fonction- nement du moteur absorbe,au moins partiellement, l'effort résul- tant de la surpression dans le cylindre, soit isolée thermiquement de la surface en contact avec le fluide chauffé. Grâce à cette disposition, la paroi qui absorbe la plus grande partie de l'effort, n
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n'est pas soumise à une sollicitation thermique élevée. Il suffit donc que la matériau dont est constituée cette paroi présente,à une température peu élevée, la résistance mécanique requise. Il en résulte que l'épaisseur de la paroi peut être moindre et que le choix des matériaux utilisables pour cette paroi est moins limité.
De plus, comme cette paroi ne vient pas en contact direct avec le fluide dans le moteur, il n'est pas nécessaire qu'elle satisfasse aux conditions imposées par la nature du fluide, par exemple en ce qui concerne l'indifférence chimique.
De préférence, la tête de cylindre réalisée conformément à l'invention, comporte au moins deux parois, et l'espace compris entre ces deux parois fait office d'isolateur thermique. De ces parois, seule l'intérieure est en contact direct avec le fluide chauffé, de sorte que seule celle-ci doit satisfaire aux conditions imposées en ce qui concerne l'indifférence chimique et éventuelle- ment de conduction thermique,mais la résistance mécanique est four- nie par la paroi extérieure ou par les parois situées vers l'exté- rieur. On dispose donc d'un grand choix de matériaux pour constituer les deux parois.
Il n'est pas indispensable que la paroi inférieure n'absorbe aucun effort. La plupart des matériaux, appropriés pour constituer la paroi intérieure, peuvent aussi absorber un certain effort à des températures très élevées. C'est ainsi qu'il est possible de faire absorber par la paroi extérieure la pression moyenne dans le cy- lindre. La différence entre la pression instantanée et la pression moyenne est alors absorbée par la paroi intérieure.
L'invention est expliquée plus en détail à l'aide de deux exemples d'exécution.
La figure 1 représente une forme d'exécution de la tête de cylindre dans laquelle les efforts sollicitant la tête de cylindre se répartissent sur deux parois.
Dans la forme d'exécution représentée sur la figure 2, l'es- pace compris entre les parois fait, de plus, office d'isolateur
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Sur la figure 1, 10 est la partie du cylindre balayée par le racleur. Cette partie est enrourée d'un jeu de nervures 11 qui transmettent la chaleur au gaz contenu dans la chambre 10.Ces ner- vures sont chauffées, soit de l'extérieur au travers de la chemise du cylindre 12, soit par une source dé chaleur incorporée dans le moteur et non représentée sur la figure.La tête de cylindre proprement dite se compose essentiellement de deux parois 13 et 14 dont la paroi 13 limite directement le cylindre. Cette paroi est établie en un maté- riau qui n'est pas attaqué par le fluide gazeux du moteur à la tem- pérature de régime, laquelle atteint 500 C, voire plus.
Lorsque ce fluide gazeux est de l'air par exemple, la paroi 13 est établie en un alliage métallique qui ne s'oxyde pas à température élevée.Le bronze d'aluminium est particulièrement désigné pour cette applica- tion. Ce métal présente cependant l'inconvénient qu'à la température de 500 C ou plus, une tête de cylindre en bronze d'aluminium ne pré- sente pas une résistance mécanique suffisante. C'est pourquoi on a prévu, parallèlement à la paroi 13, une seconde paroi 14 de la tête de cylindre. Cette paroi ne vient pas en contact direct avec les gaz chauds du moteur. Le choix du matériau constituant cette paroi peut donc être exclusivement déterminé par des considérations de résistan- ce mécanique. Pour cette application, on peut utiliser, par exemple, de l'acier coulé.
L'effort entre les parois 13 et 14 est transmis d'une part par une nervure 15 venue de fonderie avec la paroi 13 et appuyée con- tre la paroi 14, et d'autre part, par la masse de remplissage rigide se trouvant dans 1 espace compris entre ces parois. Cette masse de remplissage consiste, par exemple, en une couche de matériau cérami- que, cuite à la forme requise,'et dont la résistance à la compression est suffisante pour transmettre à la paroi 13 l'effort exercé sur la paroi 14.
Outre.la nervure 15, d'autres pièces de renforcement métalli- ques peuvent éventuellement être prévues entre les parois 13 et 14.
On obtient ainsi un contact conducteur unilatéral entre les parois 13- @ -
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et 14, de sorte que la paroi 14 s'échauffe nécessairement aussi quelque peu, par exemple jusqu'à 200 C. Pour éviter que la paroi 14 ne provoque par rayonnement une perte inutile de chaleur elle est, de plus, recouverte d'uneouche isolante 17, de laine d'amiante par exemple.
L'exécution montrée sur la figure 2 correspond, en ce qui concerne le montage du cylindre, à celle montrée sur la figure 1.
Les parties correspnndantes sont désignées par les mêmes références.
L'effort exercé sur la paroi 13 n'est plus transmis à la paroi 14 par une substance solide placée entre les parois, mais par un gaz sous pression. Ce gaz sous pression pourrait être amené de l'exté- rieur au travers de la paroi 14 et être maintenu à la pression re- quise en suppléant aux fuites.
Ceci présente l'inconvénient que lors- que le moteur est à l'arrêt et se refroidit, la pression du gaz dans le cylindre 10 diminue, mais non la pression dans l'espace com- pris entre ces deux parois, de sorte que ces parois sont inutilement sollicitées.C'est pourquoi il est plus indiqué de faire en sorte que la pression du gaz dans l'espace compris entre ces parois soit égale à la pression moyenne du gaz dans le cylindre 10 pendant le fonction- nement du moteur et que lors de l'arrêt du moteur cette ptession du gaz se ramène vers l'intérieur du cylindre.A cet effet, la paroi 13 est munie d'une ouverture capillaire 18 qui établit une communica- tion entre la partie 10 du cylindre et l'espace 19 compris entre les deux parois. Comme cette ouverture est de dimensions capillaires, le ,gaz ne s'échappe que très lentement par cette ouverture.
Dès que le moteur a fonctionné pendant un certain temps, la pression dans l'espa- ce 19 s'établit automatiquement à la pression moyenne dans le cylin- dre 10. Lorsque le moteur est à l'arrêt et lorsqu'il se refroidit, les gaz s'échappent lentement de l'espace 19 vers le cylindre 10 de sorte que la paroi 14 n'est plus sollicitée.
Lorsque pendant le fonctionnement la pression dans le cylindre, varie, la pression dans l'espace 19 s'adapte à cette variation.Pen- @
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dant le fonctionnement, la paroi 13 ne subit donc, en moyenne, aucune sollicitation. Périodiquement, cette paroi ne doit absorber, sous forme d'effort de traction, que la différence entre la pression maximum et la pression moyenne et sous forme d'effort de compres- sion la différence entre la pression moyenne et la pression minimum dans le cylindre. Cependant, comme l'effort moyen dans la paroi est nul, on évite la déformation du matériau de la paroi aux tempéra- tures élevées.
La couche de gaz immobile dans l'espace 19 fait office d'isolateur thermique, de sorte que la paroi 14 n'est pratiquement pas chauffée. Aussi est-il généralement superflu de prévoir une couche isolante sur cette paroi. Pour éviter les mouvements éven- tuels du gaz dans l'espace 19, ce dernier peut être.rempli d'un ma- tériau réfractaire, qui entrave le mouvement du gaz, par exemple de la laine de laitier. A noter cependant que la transmission de l'ef- fort, exercé sur une paroi, à l'autre paroi s'effectue exclusivement par la pression du gaz et non par la masse de remplissage, ceci con- trairement à la forme d'exécution décrite avec référence à la fi- gure 1.