Brevet FR2603341A1 — publié le 19880304

CULASSE DE MOTEUR THERMIQUE CERAMISEE La présente invention concerne les culasses de moteurs thermiques et plus particulièrement les culasses du type comportant un revêtement isolant en céramique sur la face intérieure. L'intérêt d'isoler thermiquement un moteur n'est plus à démontrer. En effet, Si la majeure partie des calories perdues dans le refroidissement du moteur pouvait etre transférée aux gaz d'échappement, il serait possible de supprimer ou simplifier les dispositifs de refroidissement des moteurs (en particulier les circuits d'eau) et de récupérer de l'énergie sur les gaz d'échappement. IL a été proposé à cet effet de diminuer les échanges thermiques au niveau de la culasse en garnissant celle-ci, du coté des pistons, d'un revêtement thermiquement isolant en céramique. Toutes les solutions aujourd'hui mises en oeuvre pour réaliser la Liaison du revêtement isolant avec la culasse font appel å des techniques de frettage, collage, brasage, vissage ou rivetage. En fait, aucune de ces solutions n'est réellement satisfaisante, car elles créent une liaison "rigide" incompatible avec le comportement des matériaux en présence. En effet, ce type de liaison ne peut pas résoudre les problèmes Liés aux dilatations différentielles métal/céramique, qui conduisent souvent à induire, en raison de la rigidité de la liaison, des contraintes supérieures à la tenue mécanique des céramiques.Les solutions connues présentent aussi des Limitations dues aux conditions d'utilisation (température pour les collages et brasages) ou å leur mise en oeuvre (difficulté de noyer des vis dans la céramique, problème de cisaillement des vis,...). Aussi, l'invention a-t-elle pour but de fournir une culasse de moteur thermique céramisée dans laquelle la liaison entre la culasse métallique et le revêtement intérieur céramique s accommode des dilatations différentielles sans induire de contraintes pouvant endommager le revêtement et sans provoquer de concentrations d'efforts, c'est-à-dire sans les limitations des types de liaisons utilisées dans l'art antérieur. Ce but est atteint du fait que, conformément à l'invention, le revêtement isolant est sous forme d'une plaque de céramique maintenue appliquée contre la face intérieure de la culasse au moyen d'au moins une pièce de liaison déformable élastiquement, qui est insérée et bloquée à l'état déformé dans un intervalle entre le pourtour de la plaque de revêtement et un rebord intérieur de la culasse entourant la plaque de revêtement, de sorte que la pièce de liaison, à L'état déformé, exerce sur Le pourtour de la plaque de revêtement, en s'appuyant sur ledit rebord, des forces ayant des composantes respectivement normales et paraLLèLes a la face intérieure de La culasse. Ainsi, La piece de Liaison exerce en permanence une action mécanique tendant à centrer la plaque de revêtement par rapport au rebord de La cuLasse qui l'entoure, et à appliquer la plaoue de revêtement contre La culasse. De plus, étant si tuée sur le pourtour intérieur de La culasse, La pièce de liaison se trouve å l'externeur ce ta zone La plus chaude. SeLon une particularté de la culasse conforme à l'inventnon, La pièce ce liaison comprend deux ailes formant entre elles un angLe aigu et qui sont rapprochées L'une de l'autre par suite de ta déformation élastique de la pièce de liaison, l'une ou première des ailes s'appuyant par son extrémité sur un épaulement du rebord de la culasse, tandis que la seconde aile s'appuie sur le pourtour de La plaque de revêtement. Suivant un premier mode de réalisation, le pourtour de la plaque de revêtement est incliné par rapport à la normale à la culasse, de sorte que la pièce de Liaison exerce sur la plaque de revetement, à chaque point d'appui de la seconde aile de la pièce de liaison sur le pourtour de la plaque de revêtement, une force ayant une composante normale à la culasse, pour y appliquer la plaque de revêtement Suivant un autre mode de réalisation, la seconde aile de la pièce de liaison est coudée avec une partie s'appuyant latéralement sur le pourtour de la plaque de revêtement et une partie terminale s'appuyant sur la face extérieure de la plaque de revetement, le long du pourtour de celle-ci, en y exerçant une force dirigée vers la culasse par suite de la déformation de la piéce de liaison. D'autres particularités et avantages de La culasse de moteur thermique selon l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-aprés, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue partielle en coupe d'un moteur thermique comportant une culasse conforme à l'invention, - les figures 2A à 2C sont respectivement : une vue de détail partielle et en coupe montrant la culasse et la plaque de revêtement céramique, une vue partielle en perspective d'une pièce de Liaison a L'état Libre (configuration de repos), et une vue de détail partielle et en coupe de la culasse et la plaque assemblées au moyen de La pièce de liaison à l'état déformé (configuration de travail), suivant un premier mode de réalisation de l'invention, et - les figures 3A a 3C sont des vues analogues à celles des figures 2A a 2C suivant un deuxième mode de réalisation de l'inventron. Sur La figure 1 est représentée une partie d'un moteur thermique avec une culasse 10 surmontant un cylindre 11 dans lequel coulisse un piston 12. Des soupapes 13 (dont une seule est visible sur la figure 1) commandent L'admission et l'échappement et un joint 14 réalise l'étanchéité entre la culasse et le cylindre. Sur sa face intérieure située du côté de la chambre de combustion, la culasse 10 est munie d'un revêtement isolant thermique 15 sous forme d'une plaque en céramique. Différentes céramiques peuvent être utilisées comme, par exemple, des céramiques frittées ou composites. La plaque de revêtement isolant 15 est Logée dans un évidement formé dans la face inférieure de la culasse 10 et délimité par un rebord 16 par lequel la culasse est en contact avec le joint 14. La plaque 15 couvre au moins toute la surface intérieure de la culasse située directement en regard de la chambre de combustion tout en ménageant sur son pourtour un intervalle 17 avec Le rebord 16. Dans cet intervalle est insérée au moins une pièce de liaison par laquelle la plaque de revêtement isolant 15 est maintenue fermement appliquée contre la face intérieure de la culasse. Des orifices sont formés dans la plaque 15 aux emplacements correspondant aux passages d'admission et d'échappement à travers la culasse. Un premier mode de réalisation de liaison entre la plaque de revêtement isolant 15 et la culasse 10 sera maintenant décrit en référence aux figures 2A à 2C. La figure 2A montre l'espace 17 délimité par le côté intérieur du rebord 16 de la culasse et le bord ou pourtour 18 de la pLaque de revêtement isolant 15. Dans cet exemple, le pourtour 18 de La plaque 15 est incliné par rapport à la normale å la face intérieure de La culasse, la plaque 15 ayant une circonférence croissante depuis sa face libre tournée vers la chambre de combustion jusqu'a sa face en contact avec la culasse. On note également ta présence d'un épauLement 19 du côté intérieur du rebord 16, tout le long ce celui-ci et au voisinage de son extrémité, L'épaulement 19 présentant une surface annulaire d'appui sensibLement paraLLèle a la face intérieure de la culasse et tournée vers Le iond ce L'évidement délimité par Le rebord 16. La figure 28 montre en partie une pièce de liaison 20 en acier destinée, aprés insertion dans l'espace annulaire 17, à maintenir la plaque 15 appliquée contre La culasse 10. La pièce de liaison 20 peut être réalisée en une seule pièce pour etre insérée dans l'espace 17 sensiblement sur toute la longueur de celui-ci. En variante, la pièce de liaison 20 peut être réalisée en plusieurs tronçons qui sont insérés dans l'espace 17 bout à bout. Dans chaque cas, la pièce de Liaison est à profil en V avec deux ailes 21, 22 formant entre elles un angle aigu. Des fentes 23 sont formées à intervalles réguliers dans les ailes 21, 22 å partir des bords d'extrémité de celLes-ci et sur une partie de la largeur des ailes. Les fentes 23 permettent aux ailes de la pièce de liaison de se déformer plus librement lors de la mise en place de Ladite pièce de Liaison et, ultérieurement, Lors de l'utilisation du moteur. Telle que montrée sur la figure 2B, la pièce de liaison 20 est en configuration de repos ; elle présente une largeur (distance entre les bords extrêmes des ailes 21, 22) supérieure à celle de l'espace 17 au niveau de l'épaulement 19. Pour permettre sa mise en place dans l'espace 17, la pièce 20 est déformée élastiquement pour etre amenée dans une configuration de travail dans laquelle les ailes 21, 22 sont rapprochées l'une de l'autre. La figure 2C montre la pièce de liaison 20 insérée dans l'espace 17 dans sa position de travail définitive, l'insertion étant réalisée en encliquetant la pièce 20 derrière l'épaulement 19 (flèches F). L'aile 21 s'appuie sensiblement sur toute sa largeur contre le côté intérieur du rebord 16 et a son bord extrême bloqué contre l'épaulement 19. L'aile 22 s'appuie au niveau de son bord extrême contre le pourtour incliné 18 de la plaque de revêtement 15. En chaque point de contact avec le pourtour 18 et en raison de la déformation élastique subie par la pièce de liaison, l'aile 22 exerce contre la plaque une force F1 sensiblement normale au pourtour 18.La force F1 a donc une composante F2 perpendicuLaire à La face intérieure de la culasse et dirigée vers celle-ci, pour appliquer la plaque 15 contre la culasse, et une composante F3 parallèLe à La face intérieure de La culasse pour centrer La plaque 15 par rapport au rebord annulaire 16. La pièce 20 réalise une liaison non rigide entre la culasse et la plaque de revêtement isolant. Par sa capacité de déformation élastique, la pièce de liaison 20 absorbe des dilatations différentielles entre culasse et plaque isolante, sans que ses fonctions soient affectées. Par ailleurs, la pièce de liaison 20 permet de répartir uniformément les efforts sur tout le pourtour de la plaque isolante, évitant les concentrations d'efforts en certains points. De plus, des déplacements latéraux dans le plan de liaison peuvent être tolérés tout en maintenant un contact étroit entre la plaque isolante et la culasse. On notera encore, comme le montre la figure 1, que la disposition de la pièce de liaison le long du rebord 16, non en regard de la chambre de combustion, fait qu'elle se trouve à l'extérieur de la zone la plus chaude. Un autre mode de réalisation de la liaison entre plaque de revêtement isolant en céramique et culasse est illustré par les figures 3A à 3C. Ce deuxième mode de réalisation se distingue de celui précédemment décrit uniquement par Le profil du pourtour de la plaque isolante et la forme de la pièce de liaison. Les éléments identiques des deux modes de réalisation portent les memes références. Comme le montre la figure 3A, la plaque de revetement céramique 15 a un pourtour 18' incliné par rapport à la normale à la face intérieure de la culasse, mais cette inclinaison est dirigée vers le centre et vers la culasse, depuis la face libre de la plaque 15, celle-ci ayant donc une circonférence décroissante depuis sa face libre jusqu'à sa face en contact avec La culasse 10. De plus, une rainure 18" est formée tout autour de la face libre de la plaque 15, depuis le bord 18' de celle-ci. La, ou chaque, pièce de liaison 20', telle que montrée sur la figure 3B, comprend deux ailes 21', 22', cette dernière étant coudée avec une première partie 22'a qui est raccordée à l'aile 21' en faisant avec celle-ci un angle aigu, et une deuxième partie 22'b qui se raccorde à la partie 22'a en faisant avec o celle-ci un angle légèrement inférieur à 90 . Des fentes 23' sont formées dans les ailes 21' et 22' pour leur permettre de fléchir plus librement lors de la mise en place de ladite pièce de liaison et lors de L'utilisation du moteur. Lors de son insertion dans l'espace 17 formé entre le rebord 16 de la culasse et le poutour de la plaque 15, la pièce de liaison 20' est déformée élastiquement pour passer de la configuration de repos illustrée par la figure 3B à une configuration de travail dans laquelle l'angle formé par l'aile 21' et la partie 22'a est légèrement plus fermé, tandis que l'angle entre Les parties 22'a et 22'b est par contre légèrement plus ouvert. En position de travail, comme le montre la figure 3C, l'aile 21' de la pièce de liaison 20' s'appuie sur le rebord 16 avec son bord en butée contre l'épaulement 19. Du fait de la déformation élastique subie, l'aile 22' s'appuie sur la plaque 15 avec la partie 22'a qui exerce en chaque point de contact avec le pourtour 18' une force F'3 dirigée vers le centre et sensiblement parallèle à la face intérieure de la culasse, et avec la partie 22'b qui se loge dans la rainure 18" en exerçant en chaque point de contact avec la plaque une force F'2 dirigée vers la face intérieure de la culasse et sensiblement normale à celle-ci. La pièce de liaison 20' remplit donc les mêmes fonctions de maintien de la plaque 15 contre la culasse et de centrage de la plaque 15, par rapport au rebord 16, que celles remplies par la pièce 20 dans le mode de réalisation des figures 2A à 2C et l'on retrouve Les mêmes avantages que ceux évoqués précédemment. Bien entendu, d'autres formes pourront être conférées à la pièce de liaison et au profil latéral de la plaque céramique sans pour cela sortir du cadre de protection défini par les revendications annexees. REVENDICATIONS 1. Culasse de moteur thermique munie d'un revetement isolant en céramique sur sa face intérieure, caractérisée en ce que le revêtement isolant est sous forme d'une plaque de céramique (15) maintenue appliquée contre la face intérieure de la culasse (10) au moyen d'au moins une pièce de liaison (20; 20') déformable élastiquement, qui est insérée et bloquée à l'état déformé dans un intervalle (17) entre le pourtour (18; 18') de la plaque de revêtement (15) et un rebord intérieur (16) de la culasse entourant la plaque de revêtement, de sorte que la pièce de liaison (20; 20'), à l'état déformé, exerce sur le pourtour de la plaque de revêtement (15), en s'appuyant sur ledit rebord (16), des forces ayant des composantes respectivement normales (F2; F'2) et parallèles (F3; F'3) à la face intérieure de la culasse. 2. Culasse de moteur thermique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pièce de liaison (20; 20') comprend deux ailes (21, 22; 21', 22') formant entre elles un angle aigu et qui sont rapprochées l'une de l'autre par suite de la déformation élastique de la pièce de liaison, l'une (21; 21') ou première des ailes s'appuyant par son extrémité sur un épaulement du rebord de la culasse, tandis que la seconde aile (22; 22') s'appuie sur le pourtour (18, 18') de la plaque de revêtement (15). 3. Culasse de moteur thermique selon la revendication 2, caractérisée en ce que le pourtour (18) de la plaque de revêtement (15) est incliné par rapport à la normale à la culasse, de sorte que la pièce de liaison (20) exerce sur la plaque de revetement (15), å chaque point d'appui de la seconde aile (22) de la pièce de liaison (20), sur le pourtour de la plaque de revêtement (15), une force (F1) ayant une composante (F2) normale à la culasse (10) pour y appliquer la plaque de revêtement (15). 4. Culasse de moteur thermique selon la revendication 2, caractérisée en ce que la seconde aile de la pièce de liaison (20') est coudée avec une partie (22'a) s'appuyant latéralement sur le pourtour (18') de la plaque de revetement (15) et une partie terminale (22'b) s'appuyant sur la face extérieure de la plaque de revêtement (15), le long du pourtour de celle-ci, en y exerçant une force (F'2) dirigée vers la culasse (10) par suite de la déformation de la pièce de liaison (20'). 5. Culasse de moteur termique selon la revendication 4, caractérisée en ce que la partie therminale (22'b) de la seconde aile de la pièce de liaison est logee dans une rainure formée dans la face libre de la plaque de revêtement (15) le long et à partir du bord de celle-ci. 6. Culasse de moteur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la pièce de liaison (20; 20') est disposée dans une zone située a l'extérieur de la partie de la culasse (10) qui délimite une chambre de combustion.