Brevet FR2574899A1 — publié le 19860620

La présente invention est relative à un bloc-cy- lindres destiné à être utilisé dans un moteur à combustion interne à plusieurs cylindres. Une tendance générale pour améliorer le rendement d'un moteur à combustion interne, consiste à réduire le poids du moteur et à augmenter la puissance mécanique de celui-ci afin de lui permettre de résister aux charges éle- vées, de manière que le moteur puisse produire une puissan- ce de sortie élevée par rapport à son poids et permettre ainsi une économie de combustible satisfaisante. Il est bien connu que le poids d'un moteur à com- bustion interne peut être réduit en coulant son composant principal, c'est-à-dire le bloc-cylindres, en un alliage léger tel qu'un alliage d'aluminium, comme décrit dans US-A- 4 515 211 qui correspond à la demande japonaise publiée N0 58 (1983)74851 publiée le 6 mai 1983. Du fait qu'un alliage léger présente une résistance mécanique plus faible que celle d'un alliage de fer, il a été habituel de former les parties qui soot soumises à des charges élevées, telles que les parois soutenant les paliers de vilebrequin, sous forme de parois épaisses ou de blocs massifs pour augmenter la résistance mécanique. Les blocs-cylindres en alliage léger sont habituellement fabriqués par le procédé de cou- lée en coquille. Du fait que le métal fondu se solidifie à grande vitesse dans le procédé de coulée en coquille, les parois épaisses ou les blocs rhassifs formés d'une gran- de quantité de métal fondu tendent à se solidifier à des vitesses relativement largement différentes dans leurs dif- férentes parties, ce qui a pour résultat des défauts de moulage, tels que des vides ou des cavités, dans ces dif- férentes parties. Cependant, si on supprime des blocs-cy- lindres les parois épaisses et les blocs massifs, la rigi- dité de ces blocs s'en trouve normalement réduite., Une autre façon bien connue de renforcer les blocs- cylindres coulés en un alliage léger pour obtenir une rigi- dité et une fiabilité de fonctionnement plus grandes a con- sisté à ajouter des nervures de renforcement aux blocs- cylindres dans des parties dans lesquelles la résistance mécanique est plus faible que dans d'autres parties, comme montré dans US-A-3 977 385. Suivant un aspect, la présente invention concerne une structure de bloccylindres, en alliage léger, destiné à être utilisé dans un moteur à combustion interne à plu- sieurs cylindres, comprenant: une partie délimitant des cylindres et comportant une série d'alésages de cylindres, et une enveloppe d'eau disposée de façon à entourer les alésages de cylindres; une partie fnormant carter moteur, venue de matière avec la partie formant les cylindres et comportant une série de parois venues de matière, adaptées pour former des paliers, et espacées dans la direction dans laquelle sont agencés les alésages de cylindres; des moyens délimitant des évidements de part et d'autre des parties formant les cylindres et le carter moteur, entre les alésages des cylindres adjacents, les évidements étant- situés entre l'enveloppe d'eau et les parois de paliers; et une série de systèmes de nervures de renforcement fai- sant saillie de part et d'autre, chaque nervure entourant l'un des évidements. Suivant un autre aspect l'invention a pour objet un bloc-cylindres pour un moteur à combustion interne du type multicylindres, comportant des parties cylindres et carter, en alliage léger, coulées d'une pièce et comprenant plusieurs alésages de cylindres ayant une épaisseur de pa- roi relativement uniforme, et agencés suivant une direction longitudinale, une enveloppe d'eau formée par des parois relativement uniformes, espacées vers l'extérieur des pa- rois des alésages de cylindres, les parois de l'enveloppe d'eau se terminant en un point situé au-dessus du carter moteur, àichaque emplacement longitudinal entre les alésa- ges de cylindres adjacents pour former un évidement et une nervure de renforcement venue de matière par coulée, en saillie vers l'extérieur de part et d'autre de chaque évi- dement et s'étendant verticalement depuis le carter moteur le long du côté de la partie formant les cylindres. Les évidements réduisent l'épaisseur des parois et des blocs massifs du bloc-cylindres, là o une grande quantité de métal en fusion aurait été nécessaire dans le processus de coulée. Par conséquent lorsqu'on coule le bloc- cylindres, le métal fondu peut se solidifier à une vitesse relativement uniforme, évitant ainsi des défauts de moula- ge, tels que des cavités, dans le bloc-cyliindres. Les systèmes de nerv-res de renforcement se termi- nent de préférence à une courte distance de la partie su- périeure du bloc-cylindres et évitent ainsi qu'une vibra- tion de ce bloc ne soit transmise par eux jusqu'à la par- tie supérieure. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaitront au cours de la description qui va suivre d'un mode de réalisation représenté aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples et sur lesquels: - la Fig. 1 est une vue en perspective d'un bloc-, cylindres suivant l'invention; - la Fig. 2 est une vue en plan de dessus du bloc- cylindres représenté à la Fig 1; - - la Fig. 3 est une vue en élévation latérale du bloc-cylindres, prise dans le sens de la flèche III-III de la Fig. 2; - la Fig. 4'est une vue en coupe transversale, prise à peu prés suivant la ligne IV-IV de la Fig. 2; et - la Fig. 5 est une vue en coupe prise à peu pres suivant la ligne V-V de la Fig. 2. Les figures 1 à 5 montrent un bloc-cylindres sui- vant la présente invention, incorporé dans un moteur à com- bustion interne du type à quatre cylindres en ligne, mais il apparaîtra facilement aux techniciens que l'invention peut être utilisée dans des moteurs ayant moins ou plus de cylindres et dans différents agencements de cylindres. Le bloc-cylindres à partie supérieure fermée, dé- signé dans son ensemble par la référence B, est coulé d'u- ne seule pièce en un alliage d'aluminium par un procédé approprié de coulée tel que celui décrit dans US-A- 4 436 140 et dans US-A- 4 519 436. Le bloc-cylindres B comprend habituellement une partie supérieure 1 délimitant des cylindres et une partie inférieure 2 délimitant un car- ter moteur. La partie 1 délimitant les cylindres comporte quatre alésages de cylindres 3 en ligne dans la "configura- tion appellee siamojse" sans enveloppe d'eau dans les pa- rois 5 qui les limitent, entre les alésages adjacents 3 des cylindres. Une chemise cylindrique tubulaire 4 est ajus- tée dans chacun des alésages de cylindres 3. La parti:e 1 délimitant les cylindres comporté éga- lement une enveloppe d'eau 6 délimitée de façon à entourer les alésages 3 des cylindres, excepté sur les parois limi- tes 5 entre les alésages 3 des cylindres adjacents. La partie inférieure 2 délimitant un carter mo- teur du bloc-cylindres B comporte une série de parois 7 venues de matière par coulée et formant des paliers, es- pacées dans la direction dans laquelle les alésages 3 des cylindres sont agencés en une ligne, de préférence avec une paroi de palier entre chaque paire d'alésages cylin- driques adjacents 3 et à chaque extrémité du bloc-cylin- dres B. Les parois 7 comportent chacune une cavité de por- tée 10 semi-circulaire, ménagée dans la surface inférieure centrale de cette paroi et ouverte vers le bas, pour sou- tenir un vilebrequin Sc. Comme représenté aux Fig. 3 et 5, le bloc-cylin- dres B comporte des évidements 8 qui. sont formés dans ses faces opposées entre chaque paire d'alésages de cylindres adjacents 3. Les évidements 8 s'étendent verticalement entre le fond de l'enveloppe d'eau 6 et l'extrémité supé- rieure de la paroi de palier 7, et à l'extérieur des pa- rois 5 entre les alésages de cylindres 3. Les évidements 8 servent à diminuer les parois épaisses et les blocs mas- sifs du bloc-cylindres B aux points o une quantité impor- tante de métal fondu serait nécessaire lors du processus de coulée, de sorte que le métal fondu se solidifie avec une vitesse uniforme lorsqu'on coule le bloc-cylindres B, ce qui supprime des défauts tels que des cavités dans le bloc-cylindres B. Le bloc-cylindres B comporte une série de systè- mes de nervures de renforcement 9 qui font saillie trans- versalement vers l'extérieur sur ses côtés opposés et s'é- tendent verticalement dans une disposition qui est dans son ensemble parallèle aux axes centraux des alésages de cylindres respectifs 3. Comme représenté sur la Fig. 3, cha- cun des systèmes de nervures de renforcement 9 a sensible- ment une forme en A de façon à entourer l'un des évidements 8, et comprend deux nervures 9a à peu près verticales, dis- posées de chaque côté de l'un des évidements 8 et espacées latéralement l'une de l'autre, et une nervure horizontale 9b reliant les nervures verticales 9a dans des parties re- lativement supérieures de celles-ci de façon à assurer un degré de rigidité suffisant. Les nervures verticales 9a ont une partie supérieure d'extrémité 9e, de jonction, qui s'amincit progressivement vers la surface de la partie su- périeure D.du bloc-cylindres B (Fig. 1, 3 et 5) et se ter- mine juste avant celle-ci, l'extrémité supérieure 9e étant espacée de la surface supérieure D d'une distance à peu près égale à l'épaisseur de chabune des nervures 9a, 9b et 9e. Comme représenté à la Fig. 4, une culasse H est montée sur la partie supérieure D du bloc-cylindres B avec un joint G interposé entre la culasse et le bloc. La cu- lasse H est fixée sur le bloc-cylindres B par des vis (non représentées) vissées dans des trous 11 (Fig.5) du bloc- cylindres B. Le bloc B comporte également un conduit d'hui- le 12. Du fait que la pression de l'explosion qui est engendrée dans les cylindres au cours de fonctionnement du moteur agit sur le vilebrequin Sc, le bloc-cylindres B comporte normalement des parois épaisses relativement gran- des et des blocs massifs de métal autour des parois de paliers 7 qui supportent le vilebrequin Sc. Cependant, le volume de ces parois épaisses et de ces blocs est réduit grâce aux évidements 8 délimités entre l'enveloppe d'eau 6 et la paroi 7 du présent mode de réalisation. Par consé- quent la quantité de métal fondu utilisée dans ces parois épaisses et dans ces blocs lorsque le présent bloc-cylin- dre B est coulé est diminuée, et la vitesse avec laquelle le métal fondu se solidifie autour des parois 7 est plus uniforme, ce qui empêche des défauts de moulage tels que des cavités de se former dans les parois épaisses et les blocs. Les systèmes de nervures de renforcement 9 faisant saillie sur les côtés du bloc-cylindres B autour des évi- dements 8 servent à rigidifier les parois de paliers 7 qui autrement auraient leur rigidité réduite par les évide- ments 8 délimités entre l'enveloppe d'eau 6 et les parois 7. Les systèmes 9 de nervbres de renforcement compensent de façon suffisante toute diminution de la rigidité des parois de paliers 7, dûe aux évidements 8. Si les extrémi- tés supérieures 9e du système de nervures de renforcement 9 atteignaient la partie supérieure D, la vibration du bloc-cylindres B serait transmise à travers les systèmes de nervures jusqu'à cette partie supérieure D. La partie supérieure D provoquerait alors l'induction de vibrations déformantes qui feraient apparaître un intervalle entre la partie supérieure D et le joint G, susceptible de pro- voquer une fuite d'huile, de gaz ou de liquide de refroi- dissement, ainsi que le desserrage des vis au moyen des- quelles la culasse H et le bloc-cylindres B sont reliés l'un à l'autre. Cependant, suivant le mode de réalisation représenté, les extrémités supérieures 9 e-des systèmes de nervures de renforcement 9 se terminent à une courte distance de la partie supérieure D et de ce fait la vibra- tion du bloc-cylindres B n'est pas transmise à la partie supérieure D par l'intermédiaire des systèmes de nervures de renforcement 9. Ceci supprime le risque de fuite de fluide entre le bloc-cylindres B et le joint G et de des- serrage des vis. Les systèmes de nervures de renforcement 9 sont par conséquent seulement destinées à rendre le bloc- cylindres B aussi rigide que désiré. Le bloc-cylindres-B ainsi réalisé est dépourvu de défauts de moulage indésirables, teIt que des cavités, et est renforcé par les systèmes de nervures 9 qui sont prévus pour compenser toute réduction de la rigidité meca- nique due à la présence des évidements 8. Par suite, le bloc-cylindres B est suffisamment résistant du point de vue mécanique pour supporter les charges élevées résultant de vitesses de fonctionnement plus élevées et de puissan- ces de sortie plus élevees du moteur, tandis qu'en même temps le bloc-cylindres est leger. Toute vibration des sys- tèmes 9 de nervures de renforcement n'est pas transmise dans une mesure appréciable à la partie supérieure D, ce qui par conséquent évite que cette dernière ne soit sou- mise à des vibrations déformantes en cours de fonctionne- ment du moteur. Le bloc-cylindres suivant ce mode de réalisation est leger, compact, rigide, résistant aux vibrations, et durable. Un moteur à combustion interne comportant ce bloc- cylindres est suffisamment résistant du point de vue meca- nique pour supporter des vitesses de fonctionnement plus élevées et des puissances de sortie plus-élevées et est également suffisamment leger pour améliorer l'économie de combustible. On voit ainsi que l'invention au moins sous sa forme préférée fournit un bloc-cylindres pour moteur à combustion interne du type à plusieurs cylindres, qui est leger suffisamment résistant du point de vue mécanique pour supporter les vitesses elevées du moteur et les puis- sances élevees de sortie, dépourvu de défauts de moulage lorsqu'il est coulé sous pression, et en outre, pourvu de nervures de renforcement lui assurant une rigidité, une résistance aux vibrations et une durée de vie accrues. R E V E N D I CATIONS 1 - Bloc-cylindres en alliage léger destiné à être utilisé dans un moteur à combustion interne à pluti;eurs cylindres, caractérisé en ce qu'il comprend une partie (1) délimitant des cylindres, comportant une série d'alésages de cylindres (3) et une enveloppe d'eau (6) délimitée de façon à entourer les alésages de cylindres,.une partie (2) délimitant un carter moteur, venue de matière avecla partie (1) délimitant les cylindres et comportant plusieurs parois de paliers -(7) venues de matière, espacées dans la direction dans laquelle sont disposés les alésages de cylindres, des moyens (8) délimitant dans les côtés opposés des parties délimitant les cylindres et le carter moteur entre les alé- sages de cylindres adjacents (3), des évidements (8) situés entre l'enveloppe d'eau (6) et les parois de palier (7), et une série de systèmes (î) de nervures de renforcement faisant saillie sur les côtés opposés, chaque système (9) de nervure entourant l'un des évidements. 2 - Bloc-cylindres suivant la revendication l, ca- ractérisé en ce que la partie (1) délimitant les cylindres comporte une partie supérieure (D) destinée à être fixée à une culasse, chacun des systèmes de nervures de renfor- cement (9) s'étendant à peu près parallèlement à l'axe cen- tral des alésages de cylindres (3) et ayant une extrémité supérieure qui se termine à une courte distance de la par- tie supérieure (D) du bloc. 3 - Bloc-cylindres suivant la revendication 2, ca- ractérisé en ce que chaque système (9) de nervures de ren- forcement a une configuration à peu près en A, comprenant deux nervures (9a) à peu près verticales, espacées latéra- lement et disposées de chaque côté de l'un des évidements (8), et une nervure (9b)-à peu près horizontale reliant les nervures verticales. 4 - Bloc-cyliindres suivant la revendication 3, ca- ractérisé en ce que les nervures verticales (9a) sont réu- nies l'une à l'autre à leurs extrémités supérieures et s'a- mincissent progressivement vers la partie supérieure (D) du bloc. - Bloc-cylindres suivant l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure des nervures 9, est espacée de la partie supérieure (D) du bloc d'une distance à peu près égale à l'épaisseur des nervures verticales et horizontales (9a, 9b). 6 - Bloc-cylindres suivant l'une des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que les alésages de cylindres (3) sont agencés suivant une disposition dite "siamoise" sans enveloppe d'eau s'étendant entre les alé- sages de cylindres adjacents et en ce que chacun des- évidements (8) s'étend vers l'intérieur en direction d'une paroi séparant des alésages de cylindres adjacents pour donner des épaisseurs relativement uniformes dans le bloc- cylindres aux parois entourant les alésages de cylindres. 7 - Bloc-cylindres pour moteur à combustion in- terne à plusieurs cylindres comportant des parties (1, 2) venues de matière par coulée et formant des cylindres et un carter moteur, en alliage de métal léger, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs alésages de cylindres (3) ayant des épaisseurs de parois relativement uniformes, et agencés dans une direction longitudinale, une envelop- pe d'eau (6) formée par des parois relativement uniformes, espacées vers l'extérieur des parois des alésages de cy- lindres, et se terminant en un point situé au-dessus de la partie (2) de carter moteur à chaque point longitudinal entre des alésages de cylindre adjacents (3) pour former un évidement (8), et une nervure de renforcement (9) ve- nue de matière par coulée faisant saillie vers l'extérieur de chaque côté de chaque évidement (8) et s'étendant ver- ticalement depuis la partie (2) du carter du moteur le long du côté de la partie (1) des cylindres. 8 - Bloc-cylindres suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les nervures de renforcement (9a) se terminent au-dessous d'une surface supérieure (D) de la partie des cylindres (1). 9 - Bloc-cylindres suivant l'une des revendica- tions 7 et 8, caractérisé en ce que les épaisseurs de -toutes les parois et des nervures de renforcement sont à peu près les mêmes.