Brevet FR2676015A1 — publié le 19921106

PROCEDE ET APPAREIL POUR LA FABRICATION D t UN BOITIER COMPORTANT UN INSERT COULE IN SITU PAR COULAGE A MOUSSE PERDUE La présente invention concerne généralement la fabrication d ' ensembles boîtier et insert, et plus particulièrement un procédé employant un ensemble modèle en mousse et insert utilisé dans un coulage à mousse perdue pour fabriquer un bloc-moteur comportant un insert moulé in situ. I1 est généralement connu d'incorporer des inserts dans des pièces moulées ou coulées de plus grande taille. Ces inserts comprennent des chemises disposées dans les passages internes de boîtiers coulés. Par exemple, des chemises en métal ou en céramique qui peuvent être monocouches ou multicouches sont généralement disposées dans les passages ou lumières d'échappement d'un moteur à combustion interne pour isoler les gaz de combustion des parois relativement froides des passages d'échappement. Dans certaines constructions, la chemise de passage d'échappement est ajustée au sein du passage d'échappement de manière que la périphérie externe de la chemise soit en contact direct avec la paroi du passage et soit enrobée par cette dernière. Un exemple de cette construction est illustré dans le brevet U.S. NO 4,167,207 publié le 11 septembre 1979 au nom de Rao et al.Dans d'autres agencements, un espace d'air isolant est formé entre la chemise et la paroi du passage d'échappement par des nervures ou protubérances s'étendant depuis la paroi du passage d'échappement et contactant la périphérie externe de la chemise. Un exemple d'un agencement de passage d'échappement et chemise comprenant un espace d'air est illustré dans le brevet U.S. NO 4,031,699 publié le 28 juin 1977 au nom de Suga et al. I1 est connu d'insérer une chemise dans le passage d'échappement d'un bloc-moteur préfabriqué lors de l'assemblage du moteur. Des fixations, soudures ou autres moyens mécaniques sont généralement nécessaires pour fixer la chemise du type insert au sein du passage d'échappement. Il est également connu de couler une chemise dans le passage d'échappement du bloc-moteur en enrobant la chemise de sable pour former un noyau de chemise et en disposant le noyau de chemise dans un moule. Une fois le bloc-moteur coulé autour du noyau de chemise, le sable est enlevé pour former 11 espace d'air isolant. Des exemples de blocsmoteurs comprenant des inserts coulés in situ sont illustrés dans le brevet U.S. NO 4,031,699, le brevet U.S. NO 4,148,352 publié le 10 avril 1979 au nom de Sensui et al. et le brevet U.S. NO 4,077,458 publié le 7 mars 1978 au nom de Hayashi et ai. L'attention portera également sur les brevets U.S. suivants: Brevet NO Inventeur Date de publication 4,079,588 Yoshumira et ai. 21 mars 1978 4,086,763 Matsushita et ai. 2 mai 1978 4,109,463 Itakura et al. 29 août 1978 4,114,373 Sakai et al. 19 septembre 1978 4,123,902 Iida 7 novembre 1978 4,195,478 Rao et al. ler avril 1980 4,206,598 Rao et ai. 10 juin 1980 4,254,621 Nagumo 10 mars 1981 4,329,843 Igoue et al. 18 mai 1982 4,430,856 Niedert 4 février 1984 La présente invention propose un procédé pour couler un ensemble boîtier et insert comprenant un boîtier et un insert entouré par le boîtier, le procédé comprenant les étapes consistant à former l'insert, entourer l'insert d'un modèle en mousse évaporable pour former un ensemble modèle et insert, et à utiliser ensemble modèle et insert dans un coulage à mousse perdue dans lequel le modèle est remplacé par un matériau pour former l'ensemble boîtier et insert. La présente invention propose également un ensemble modèle et insert comprenant un insert et un modèle en mousse évaporable entourant 1 t insert et comprenant une pluralité de sections mutuellement reliées autour de l'insert. La présente invention propose également un procédé pour couler un ensemble de bloc-moteur comprenant un blocmoteur comportant une paroi de passage interne formant un passage d'échappement et comportant sur elle une pluralité de projections et une chemise de passage d'échappement entourée par le bloc-moteur et supportée dans le passage d'échappement par les projections et espacée vers l'intérieur de la paroi de passage interne de manière à former entre la chemise de passage d'échappement et la paroi de passage interne une cavité d'isolation des gaz de combustion.Le procédé comprend les étapes consistant à former la chemise de passage d'échappement, entourer la chemise de passage d'échappement d'un modèle en mousse évaporable pour former un ensemble modèle et chemise, et utiliser l'ensem- ble modèle et chemise dans un coulage à mousse perdue dans lequel le modèle est remplacé par un matériau pour former 11 ensemble de bloc-moteur. Une caractéristique principale de la présente invention est la création d'un procédé simple et économique pour couler un ensemble boîtier et insert en utilisant un coulage à mousse perdue. Etant donné que l'ensemble modèle et insert utilisé dans le procédé peut être constitué de multiples sections de modèle mutuellement reliées autour d'un insert, l'ensemble peut facilement être adapté au coulage de pièces simples ou complexes renfermant des inserts simples ou compliqués. En outre, le procédé de la présente invention et l'ensemble modèle et insert peuvent être facilement adaptés à former pratiquement tout ensemble boîtier et insert souhaité. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront aux personnes versées dans l'art à la lumière de la description détaillée suivante, des revendications et des dessins. La figure 1 est une vue en coupe d'une portion d'un ensemble modèle et insert concrétisant diverses caractéristiques de la présente invention. La figure 2 est une vue prise le long de la ligne 2-2 de la figure 1. La figure 3 est une vue prise le long de la ligne 3-3 de la figure 1. La figure 4 est une vue en coupe d'une portion d'un premier moteur concrétisant diverses caractéristiques de la présente invention. La figure 5 est une vue en coupe d'une portion d'un second moteur concrétisant diverses caractéristiques de la présente invention. Avant qu'un mode de réalisation de la présente invention soit expliqué en détail, il est entendu que la présente invention n'est pas limitée dans son application aux détails de construction et agencements de composants exposés dans la description qui suit ou illustrés sur les dessins. La présente invention est susceptible d'autres modes de réalisation et peut être mise en pratique ou mise en oeuvre de diverses façons. De même, il est entendu que la phraséologie et la terminologie utilisées ici le sont à des fins descriptives et ne doivent pas être considérées comme limitatives. Sur la figure 1 est illustrée une portion d'un ensemble modèle et insert 10 qui est employé dans un coulage à mousse perdue pour fabriquer un boîtier coulé comportant un insert coulé in situ et qui concrétise diverses caractéristiques de la présente invention. Dans la construction illustrée, l'ensemble modèle et insert 10 est configuré pour être utilisé dans la fabrication d'un bloc de cylindres ou bloc-moteur pour un moteur à combustion interne deux temps à deux cylindres d'un type utilisé dans un moteur hors-bord (non représenté). Cependant, il est entendu que l'ensemble modèle et insert 10 peut avoir diverses configurations pour être utilisé dans la fabrication de blocs-moteurs de types et de dimensions variés comportant différentes sortes d'in- serts et pour pratiquement toutes les applications. L'ensemble modèle et insert 10 comprend un modèle 12 fait d'un matériau en mousse évaporable qui est adapté à être utilisé dans un coulage à mousse perdue. Le modèle 12 a sensiblement la même configuration que le bloc-moteur correspondant devant être coulé à partir de lui. Par conséquent, le modèle 12 et le bloc-moteur correspondant sont mentionnés l1un pour l'autre. Le modèle 12 peut être d'une seule pièce ou peut être constitué d'une pluralité de pièces ou sections distinctes. Dans l'agencement illustré (voir figure 2), le modèle 12 est constitué d'une paire de sections de modèle 14 et 16 qui sont assemblées et raccordées ou collées en position le long de joints 18. Comme dans le bloc-moteur correspondant, le modèle 12 assemblé comprend une paroi de passage d'échappement interne 20 formant un passage d'échappement 22. Une pluralité d'éléments en saillie ou projections ou protubérances de support 24 formés d'un seul tenant avec la paroi de passage d'échappement 20 s'étendent vers l'intérieur dans le passage d'échappement 22. Pour des raisons expliquées plus en détail ci-dessous, les protubérances 24 sont de préférence réparties uniformément sur la surface de la paroi de passage d'échappement 20 et comprennent des faces de contact 26. En outre, les protubérances 24 ont de préférence une section transversale circulaire.Le modèle 12 comprend également une surface d'étanchéité ou de jointement 28 comportant une ouverture 30 communiquant avec le passage d'échappement 22, une cavité à chemise d'eau ou de réfrigérant 32 pour faciliter la circulation du réfrigérant dans le blocmoteur à former, des alésages de cylindres 34, et des lumières d'échappement 36 communiquant entre les alésages de cylindres 34 et le passage d'échappement 22. L'ensemble modèle et insert 10 comprend également un insert 38 qui dans l'agencement illustré forme une chemise de passage d'échappement. La chemise 38 est généralement tubulaire ou creuse et est enfermée ou enveloppée au sein du modèle 12 et positionnée au sein du passage d'échappement 22. La chemise 38 est généralement configurée pour épouser le contour de la paroi de passage d'échappement 20, et la périphérie externe de la chemise 38 est engagée par les faces de contact 26 des protubérances 24 pour supporter la chemise 38 au sein du passage d'échappement 22 et espacée vers l'intérieur de la paroi de passage d'échappement 20 de manière à former un vide ou espace 40 entre la chemise 38 et la paroi de passage d'échappement 20.L'espace 40 forme une barrière ou limite entre la chemise 38 et la paroi de passage d'échappement 20 et sert de cavité isolante pour isoler les gaz de combustion chauds circulant dans le bloc-moteur de la paroi de passage d'échappement 20 refroidie par eau et permet une dilatation et un retrait thermiques de la chemise 38. Ainsi, la chemise 38 sert d'écran thermique qui, avec 11 espace 40, isole les gaz de combustion circulant dans le bloc-moteur et réduit le choc thermique auquel le bloc-moteur et les autres pièces du moteur sont soumis au démarrage out à l'arrêt du moteur. Tandis que la chemise 38 peut être composée de divers matériaux agencés en une ou plusieurs couches, dans l1agen- cement illustré la chemise 38 est monocouche et est faite d'un matériau avec une température de fusion qui est supérieure à celle du matériau utilisé pour former le blocmoteur. I1 est préférable que le matériau de la chemise ait une température de fusion qui soit suffisamment élevée pour éviter une fusion ou un ramollissement par la chaleur des gaz de combustion ou par le métal fondu utilisé pour former le bloc-moteur coulé. La chemise 38 comprend des ouvertures de lumières d'échappement 42 adjacentes aux lumières d'échappement 36 pour recevoir les gaz de combustion des alésages de cylindres 34, et une ouverture ou extrémité de sortie 44 adjacente à ltouverture 30 pour décharger les gaz de combustion. L'ouverture 30 et la surface de jointement 28 sont conçues pour coopérer avec l'extrémité de sortie 44 de la chemise 38 afin de constituer une transition douce entre le passage formé par la chemise creuse 38 et les pièces de raccordement qui forment une extension du passage d'échappement 22, comme mieux représenté sur les figures 4 et 5 et comme expliqué ci-dessous. Tandis que dans l'agencement illustré l'ensemble modèle et insert 10 est configuré pour fabriquer un bloc-moteur comportant une chemise de passage d'échappement 38 coulée in situ, il est entendu que d'autres ensembles modèle et insert peuvent être conçus et construits afin d'être utilisés dans la fabrication de pratiquement tout type de bot- tier comportant un insert coulé in situ pour un emploi dans diverses applications. La formation du bloc-moteur utilisant l'ensemble modèle et insert 10 débute par la constitution de la chemise préfabriquée 38 puis la chemise 38 est entourée avec les sections de modèle 14 et 16. Pour cela, les sections de modèle 14 et 16 sont assemblées autour de la chemise 38 et collées ensemble aux joints 18. Tandis qu'il est préférable que les sections de modèle 14 et 16 soient assemblées autour de la chemise 38 pour ceindre la chemise 38, dans d'autres procédés un insert peut être entouré en insérant l'insert directement dans un modèle pré-assemblé ou d'une seule pièce, ou le modèle peut être moulé autour de l'insert. Une fois l'ensemble modèle et insert 10 formé, lten- semble 10 est utilisé dans un coulage à mousse perdue dans lequel la mousse évaporable formant le modèle est remplacée par un métal fondu que l'on laisse se solidifier pour former le bloc-moteur dans lequel la chemise 38 est moulée in situ. Tandis que divers matériaux peuvent être utilisés pour former le bloc-moteur, dans l'agencement illustré le bloc-moteur est en fonte d'aluminium. Le remplacement du modèle en mousse 12 par l'aluminium fondu est effectué en répartissant ou tassant du sable de moulage (non représenté) autour de Ensemble modèle et insert 10 de manière que le métal fondu soit confiné dans la zone occupée par le modèle 12.Par conséquent, les vides et cavités de ensemble modèle et insert 10 comprenant l'espace 40, les alésages des cylindres 34, la cavité à chemise d'eau 32, les lumières d'échappement 36, et l'intérieur de la chemise creuse 38 sont remplis de sable avant le coulage. Les protubérances 24 espacées facilitent la répartition du sable dans l'espace 40 et minimisent la surface de contact entre le métal fondu et la périphérie de la chemise 38 afin de réduire l'effet de brusque refroidissement de la chemise 38 sur le métal fondu. Une fois l'ensemble modèle et insert 10 enveloppé dans le sable de moulage, le bloc-moteur est coulé en distribuant le métal fondu pour remplacer le modèle en mousse évaporable 12. La figure 4 est une vue en coupe d'une portion d'un moteur 48 qui est une partie d'un moteur hors-bord (non représenté) et qui comprend un bloc-moteur 50 et une chemise 52 formés en utilisant un ensemble modèle et insert comprenant la chemise 52 dans un coulage à mousse perdue. Comme décrit précédemment, la chemise 52 est supportée dans le passage d'échappement 54 du bloc-moteur 50 et comprend une extrémité de sortie 56 adjacente à une ouverture 58 dans une surface 60 du bloc-moteur 50. Le moteur 48 comprend également un adaptateur 62 comportant une surface 64 épousant la surface 60 du blocmoteur 50. L'adaptateur 62 comprend un passage interne 66 qui sert d'extension du passage d'échappement 54. L'extrémité de sortie 56 de la chemise 52 est positionnée légèrement au-dessus du joint formé par les surfaces de jointement 60 et 64 pour permettre la dilatation thermique de la chemise 52, et le passage interne 66 est dimensionné pour correspondre aux dimensions de l'extrémité de sortie 56 de la chemise 52. Par conséquent, ltouverture 58 dans la surface de jointement 60 du bloc-moteur 50 est quelque peu agrandie relativement au passage interne 66 de l'adaptateur 62 pour former une transition douce de l'extrémité de sortie 60 de la chemise 52 au passage 66. La figure 5 est une vue en coupe d'un bloc-moteur 70 comportant une paroi de passage d'échappement 72 formant un passage d'échappement 74 et une surface 76 comportant une ouverture 78 en son sein. Le bloc-moteur 70 comprend également une chemise 80 disposée dans le passage d'échappement 74 et comportant une extrémité de sortie 82 espacée au-dessus de la surface 76 du bloc-moteur 70. Par conséquent, il n'est pas nécessaire d'obtenir une étanchéité parfaite entre l'insert 80 et une surface (non représentée) épousant la surface 78. L'étanchéité se fait entre la surface 76 et la surface qui l'épouse. REVENDICATIONS 1. Procédé pour couler un ensemble boîtier et insert comprenant un boîtier et un insert (38) entouré par ledit boî- tier, ledit procédé comprenant les étapes consistant à former ledit insert (38), entourer ledit insert d'un modèle (12) en mousse évaporable pour former un ensemble modèle et insert (10), et à utiliser ledit ensemble modèle et insert (10) dans un coulage à mousse perdue dans lequel ledit modèle (12) est remplacé par un matériau pour former ledit ensemble boîtier et insert. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite étape consistant à entourer l'insert comprend la phase de moulage dudit modèle (12) autour dudit insert (38). 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite étape consistant à entourer l'insert comprend la phase d'insertion dudit insert (38) dans ledit modèle (12). 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite étape consistant à entourer l'insert comprend les phases de formation d'une pluralité de sections de modèle (14 et 16) et d'assemblage desdites sections de modèle (14 et 16) autour dudit insert (38) pour former ledit ensemble modèle et insert (10). 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel ladite étape d'assemblage comprend la phase de raccordement desdites sections de modèle (14 et 16) les unes avec les autres. 6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit boîtier est fait d'un premier matériau et ledit insert est fait d'un second matériau. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel ledit premier matériau est de l'aluminium. 8. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit boîtier comprend une paroi formant un passage, et dans lequel ledit insert (38) forme une chemise de passage (38) espacée de ladite paroi. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel ledit modèle (12) comprend une paroi (20) correspondant à ladite paroi du boîtier et comportant sur elle une pluralité de protubérances (24) contactant ledit insert (38). 10. Procédé selon la revendication I, dans lequel ledit insert (38) est enfermé par ledit modèle (12). 11. Ensemble modèle et insert (10) comprenant un insert (38) et un modèle (12) en mousse évaporable entourant ledit insert et comprenant une pluralité de sections (14 et 16) mutuellement reliées autour dudit insert. 12. Ensemble selon la revendication 11, dans lequel ledit modèle (12) comprend une paroi interne (20) comportant sur elle une pluralité de projections (24) supportant ledit insert (38) et espaçant ledit insert de ladite paroi (20) afin de former entre ledit insert (38) et ladite paroi (20) une cavité (40) qui est remplie de sable lorsque ledit ensemble modèle et insert (10) est utilisé dans un coulage à mousse perdue. 13. Ensemble selon la revendication 12, dans lequel chacune desdites projections (24) a une section transversale généralement circulaire. 14. Ensemble selon la revendication 11, dans lequel lesdites sections de modèle (14 et 16) sont mutuellement reliées avec de la colle. 15. Procédé pour couler un ensemble de bloc-moteur comprenant un bloc-moteur (50, 70) comportant une paroi de passage interne qui forme un passage d'échappement (54, 74) et qui comporte sur elle une pluralité de projections, et une chemise de passage d'échappement (52, 80) entourée par ledit bloc-moteur (50, 70) et supportée dans ledit passage d'échappement (54, 74) par lesdites projections et espacée vers l'intérieur de ladite paroi de passage interne de manière à former entre ladite chemise de passage d'échappement (52, 80) et ladite paroi de passage interne une cavité (40) d'isolation des gaz de combustion, ledit procédé comprenant les étapes consistant à former ladite chemise de passage d'échappement, entourer ladite chemise de passage d'échappement d'un modèle en mousse évaporable pour former un ensemble modèle et chemise, et utiliser ledit ensemble modèle et chemise dans un coulage à mousse perdue dans lequel ledit modèle est remplacé par un matériau pour former ledit ensemble de bloc-moteur. 16. Procédé selon la revendication 15, dans lequel ladite étape consistant à entourer la chemise comprend les phases de formation d'une pluralité de sections de modèle, d'assemblage desdites sections de modèle autour de ladite chemise de passage d'échappement pour former ledit ensemble modèle et chemise, et de raccordement desdites sections de modèle. 17. Procédé selon la revendication 15, dans lequel ledit bloc-moteur est fait dtun premier matériau et ladite chemise de passage d'échappement est faite d'un second matériau ayant une température de fusion plus élevée que la température de fusion dudit premier matériau.