Brevet FR2654775A1 — publié le 19910524

L > invention concerne une culasse pour moteur a combustion interne du type comportant au moins un insert disposé à la coulée entre deux Si éges de soupape. De tels inserts sont destinés à éviter la formation de criques d'origine thermique dans des zones soumises à de forts gradients de température. En effets entre la face de la culasse disposée côté chambre de combustion et ses zones plus éloignées, un important gradient de température s'établit lors de la mise en action du moteur et lors de son fonctionnement à chaud. Il en résulte un fluage en compression de la zone la plus chaude qui, lors du refroidissements se met en traction, Si la limite de résistance à la rupture est dépassée, même très localement, le phénomène entralne la formation d'une crique. La section résistante diminue donc et lors des cycles suivants la crique s'amplifie jusqu'à destruction de la culasse. les inserts placés à la coulée de la culasse ont pour but déviter ce phénomène en permettant le fluage à chaud et une certaine liberté lors du refroidissement. Cependant les inserts connus ne résolvent pas totalement le problème. Ainsi ils sont généralement d'épaisseur constante, leur extrêmité opposée à la zone la plus chaude tant de nature à concentrer les contraintes et donc à causer une amorce de rupture interne. De plus leur ancrage dans le métal de la culasse risque de former une barrière thermique préjudiciable au refroidissement. L'invention a pour objet une culasse du type ci-dessus dans laquelle les inserts, destines à limiter les risques d'apparition de criques thermiques,présentent une barrière thermique aussi faible que possible et évitent par leur forme la naissance de criques à leur extrémité opposée à la zone la plus chaude. cet effet l'insert présentes selon une section perpendiculaire à la surface de la culasse, un profil évoluant progressivement depuis une extrémité de largeur minimale S, affleurant coté surface chaude de la chambre de combustion, jusqu'à une forme terminale arondie, formant sensiblement un arc de cercle d'au moins 180 et de rayon supérieur à la largeur minimale S, constituant son extrémité la plus éloignée de la chambre de combustion La culasse est en alliage d'aluminium et le ou les inserts en alliage ferreux. Selon un mode de réalisation particulièrement efficace le ou les inserts sont en +orme de goutte d'eau et peuvent strie constitués d'un corps rigide plein ou de préférence comporter une zone interne sans métal. Dans ce dernier cas il est particulièrement intéressant de les former à partir d'une tale par roulage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaltront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple, et dans lesquels: - la fig.1 est une vue partielle d'une culasse en coupe selon I-I de la figure 2. - la fig.2 est une proiection schématique parallèlement à l'axe des cylindres de la culasse de la figure 1 montrant les directions des criques thermiques susceptibles de pendre naissance. - la fi.3 est une projection analogue à celle de la figure montrant un exemple d'implantation d'inserts. - la fig.4 est une projection analogue à celle de la figure montrant un autre exemple d'implantation d'inserts. - la figue est une coupe à grande échelle selon V-V de la ligure 4 d'un insert utilisé dans une culasse conforme à l'invention. - la fig.6 est une coupe analogue à celle de la figure 5 d'une variante de l'insert montré en figure 5. - les fig.7 à 9 sont des coupes analogues à celle de la figure 5 montrant trois exemples d'insert comportant une zone sans métal. Les figures 1 et 2 montrent une vue partielle au nivea d'un cylindre d'une culasse 1 en alliage léger d'un moteur à combustion interne comportant une soupape d'admission AD et une soupape d'échappement EC par cylindre. La région la plus vulnérable aux criques est la surface 2 ,exposée directement aux gaz de combustion, située entre les sièges de soupapes 3 et 4. Dans le cas d'un moteur diesel à préchambre de combustion CT située généralement à égale distance des soupapes, les lignes de jonction entre la préchambre et les soupapes sont également soumises à de tartes contraintes thermiques. Il y a donc dans ce dernier cas trois directions de criques possibles schématisées en 5, 6 et 7 sur la figure 2.Les inserts que l'on va maintenant décrire s'implantent selon ces directions, leur nombre et leur positionnement dépendant des températures de la paroi et des orientations de dilatation observées dans chaque cas particulier. Les +igures 3 et 4 montrent, à titre d'exemple, deux possibilités d'implantation inserts. La figure 3 montre une culasse d'un moteur diesel à deux soupapes par cylindre et préchambre dans lequel deux insert s sont disposés symétriquement en arc de cercle dont les concavités se font face selon une projection parallèle à l'axe du cylindre pour chaque direction sensible. La fulgure 4 montre une culasse d'un moteur dlesel à trois soupapes par cylindre et préchambre comportant un seul insert par direction sensible. La figure 5 montre en coupe selon V-V un insert 8 réalisé de préférence en un alliage ferreux et disposé à la coulée dans une culasse 1 en alliage d'aluminium. L'insert 8 présente sur cette coupe un axe de symétrie (non obligatoi- re > . La caractéristique essentielle est la forme évolutive d profil de l'insert depuis la face 2 au niveau de laquelle il affleure avec une section S minimale. On voit sur le dessin que cette section augmente progressivement en s'éloignant de la face 2 exposée aux gaz les plus chauds de la combustion jusqu'à une valeur maximale D, avec un point d'inflexion en I, l'extrémité la plus éloignée de la face 2 se terminant selon un demi-cercle de diamètre D. Selon la variante de la figure 6 l'insert présente une portion de section constante minimale S débouchant sur la face 2 et raccordée à une section circulaire formant l'extrémité la plus éloignée de la face 2. Dans les variantes des figures 7 à 9 l'insert comporte une zone centrale 9 sans métal ce qui lui donne une certaine élasticité. Pour ce faire l'insert est formé à partir d'une tole 10 d'épaisseur sensiblement constante qui est mise en dorme par exemple par roulage. Selon la variante de la ligure 7 l'insert présente une section symétrique en forme de goutte d'eau, analogue à celle de l'insert de la figure 5 et une double épaisseur de toile à leur extrémité côté surface chaude 2. Les inserts des figures 8 et 9 sont des variantes dans lesquelles la jonction avec la surface chaude 2 se fait par une seule épaisseur de tôle, celle de la figure 8 se rapprochant davantage du profil en goutte d'eau qui minimise l'effet de barrière thermique. L'insert de la figure 9 a une section dissymétrique. la partie droite il est désaxée par rapport à la zone centrale 4 sans métal ce qui simplifie la réalisation par roulage. Les formes des différents inserts qui viennent d'être décrits évitent les concentrations de contraintes à leur extrémité interne à la culasse tout en réduisant l'effet de barrière thermique gracie à la forme évolutive de la section de l'insert, laquelle minimise la déformation du flux thermique On notera que la portion sensiblement circulaire s'étend dans tous les cas sur un arc d'au moins 180 . L'insert plein des figures 5 ou 6 est moins cher à réaliser et peut dans certains cas s'avérer suffisant pour obtenir l'effet recherché. Cependant les inserts élastiques des figures 7 à 8 permettent de supporter des valeurs de contraintes thermiques et mécaniques nettement plus élevées. Leur forme leur donne une bonne rigidité coté source chaude ce qui permet le fluage du métal en surface sans création d'amorces de criques. Ils présentent une partie élastique permettant une dilatation libre sans arc hautement et une partie terminale de forme arondie évitant une concentration des contraintes dans la zone la plus éloignée de la surface chaude 2. REVENDICATIONS 1. Culasse pour moteur à combustion interne du type comportant au moins un insert (8) disposé à la coulée entre deux sièges de soupape (3,4) caractérisée en ce que l'insert présente, selon une section perpendiculaire à la surface de la culasse, un profil évoluant progressivement depuis une largeur minimale (S), affleurant coté surface chaude (2) de la chambre de combustion, jusqu'à une forme terminale arondie, formant sensiblement un arc de cercle d'au moins 180 et de rayon supérieur à la largeur minimale (S), constituant son extrémité la plus éloignée de la chambre de combustion. 2. Culasse selon la revendication 1 caractérisée en ce que la culasse est en alliage d'aluminium et le ou les inserts en alliage ferreux. 3. Culasse selon les revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que le profil du ou des inserts est en forme de goutte d'eau. 4. Culasse selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le ou les inserts sont constitués d'un corps rigide plein. 5. Culasse selon I 'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que le ou les inserts comportent une zone interne (9) sans métal. 6. Culasse selon la revendication 5 caractérisée en ce que le ou les inserts sont réalisées à partir d'une tôle. 7. Culasse selon la revendication 6 caractérisée en ce que le ou les inserts sont réalisées à partir d'une tale par roulage. 8. Culasse selon les revendications 6 ou 7 caractérisée en ce que le ou les inserts sont de section symétrique et présentent une double épaisseur de tôle côté surface chaude (2). 9. Culasse selon les revendications 6 ou 7 caractérisée en ce que le ou les inserts sont de section dissymétrique et présentent une simple épaisseur de tôle côté surface chaude (2).