Brevet FR2736970A1 — publié le 19970124

L'invention concerne une culasse de moteur à combustion interne. L'invention concerne plus particulièrement une culasse de moteur à combustion interne, notamment pour véhicule automobile, du type comportant une face feu qui ferme une chambre de combustion d'un cylindre du moteur1 du type dans lequel des sièges de soupape sensiblement cylindriques sont montés serrés radialement dans des logements cylindriques complémentaires aménagés dans la face feu, et du type dans lequel les logements sont séparés par un pontet de la culasse qui s'étend entre deux zones en vis-à-vis des surfaces cylindriques internes des logements. Le pontet est ainsi agencé dans une zone de la culasse exposée aux plus hautes températures. Le pontet est de plus soumis à de fréquents cycles thermiques d'échauffement et de refroidissement, non seulement à la mise en marche et à l'arrêt du moteur, mais également à chaque cycle de fonctionnement du moteur. En effet, lors de la phase d'admission, le pontet a tendance à être refroidi par les gaz d'admission qui sont sensiblement à la température ambiante, tandis que lors de la phase d'échappement, le pontet est au contact des gaz brûlés qui sont encore à très haute température. II en résulte que le pontet subit des dilatations et des contractions successives qui, associées à un phénomène de fluage aux plus hautes températures, peuvent entratner l'apparition de fissures dans la zone environnante de la culasse qui en font une zone particulièrement fragile. Ce phénomène est particulièrement aggravé dans le cas des culasses à sièges de soupape rapportés qui sont montés avec un serrage radial important dans des logements cylindriques de la culasse. En effet, le serrage radial des sièges de soupape rapportés induit, au niveau du pontet, une contrainte initiale de compression qui s'ajoute aux contraintes induites par la dilatation du pontet et qui favorise une déformation plastique du matériau à haute température. Dans le but de renforcer la tenue en température du pontet, I'invention propose une culasse du type vu précédemment, caractérisée en ce que chacune desdites zones comporte un évidement radial qui limite la pression de contact entre les sièges de soupape et le pontet. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - I'évidement radial de chaque logement s'étend sensiblement sur un secteur angulaire centré sur l'axe joignant les axes des sièges de soupape - la profondeur radiale de l'évidement est constante - la profondeur radiale de l'évidement varie le long de la circonférence de l'évidement; - la profondeur axiale de l'évidement radial est inférieure à celle du logement du siège de soupape associé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe d'un moteur à combustion interne - la figure 2 est une vue de la face feu d'une culasse réalisée conformément aux enseignements de l'invention; - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne 3-3 de la figure 2 - la figure 4 est une vue de la face feu d'une variante de réalisation d'une culasse selon l'invention; - la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne 5-5 de la figure 4. On a représenté de manière schématique sur la figure 1 un moteur à combustion interne 10 dans lequel un piston 12 se déplace à l'intérieur d'un cylindre 14 dont l'extrémité supérieure, délimitant une chambre de combustion 16, est fermée par la face feu 18 d'une culasse 20. Un conduit 22 est aménagé dans la culasse 20 et il débouche dans la chambre de combustion 16 au travers d'un orifice 24 susceptible d'être obturé par une soupape 26 prenant appui contre un siège de soupape 28. On a représenté sur la figure 2 un détail de la face feu 18 de la culasse 20 qui ferme la chambre de combustion 16 et qui est munie de deux orifices 24 dont l'un est destiné à l'admission du mélange air-carburant et dont l'autre est destiné à l'échappement des gaz brûlés. Comme on peut le voir plus particulièrement sur la figure 3, les sièges de soupape 28 de chacun des orifices 24 sont rapportés dans des logements cylindriques 30 aménagés dans la face feu 18 de la culasse 20. Les deux logements cylindriques 30 sont séparés par un pontet 32 de la face feu 18 de la culasse 20. Les sièges de soupape 28 sont emmanchés à force dans les logements 30 et affleurent dans la face feu 18. Comme on peut le voir sur les figures 2 et 3, chacun des logements cylindriques 30 des sièges de soupape 28 comporte, dans sa surface latérale cylindrique interne 34, un évidement 36 qui s'étend en vis-à-vis de la zone du pontet 32 dont la largeur transversale, selon une direction X-X joignant les axes des deux orifices 24, est la plus réduite. Dans ce premier exemple de réalisation, I'évidement 36 est d'une profondeur radiale (pr) sensiblement constante, tandis que sa profondeur axiale (pa), depuis la face feu 18, est sensiblement égale à celle du logement 30, et donc à celle du siège de soupape rapporté 28. La profondeur radiale (pr) de l'évidement 36 représenté sur les figures 2 et 3 a été choisie relativement importante pour en faciliter la représentation sur les figures mais elle peut être très faible. En effet, entre une profondeur radiale (pr) nulle, qui correspondrait à l'absence d'évidement 36 et à un logement 30 parfaitement cylindrique dans lequel le siège de soupape 28 porterait sur toute sa circonférence, et la profondeur radiale représentée sur les figures, diverses solutions sont possibles. II existe une profondeur radiale critique pour laquelle la pression de contact entre la surface cylindrique interne 34 du logement 30 et le siège de soupape 28 est nulle. Cette profondeur critique est sensiblement égale à la différence de rayon initial entre le siège de soupape rapporté 28 et son logement 30, différence de rayon qui est la cause du serrage radial. Pour des valeurs de la profondeur radiale de l'évidement 36 comprises entre zéro et la profondeur critique, on peut considérer qu'il existe un contact sur toute la circonférence respective du siège de soupape 28 et de son logement 30 mais que, dans la zone de l'évidement 36, la pression de contact est plus faible que le long du reste de la circonférence. Ainsi, tout en permettant de conserver le serrage du siège 28 dans son logement 30 afin d'en assurer la fixation et le positionnement précis, on diminue sensiblement la valeur de la contrainte de compression initialement imposée dans le pontet 32 par l'emmanchement serré des sièges de soupape 28. Pour une profondeur radiale de l'évidement 36 supérieure à la profondeur critique, cette contrainte initiale de compression dans le pontet 32 est totalement annulée et il existe alors un jeu local au niveau de l'évidement 36 qui permet une dilatation relativement importante du pontet 32 sans que n'apparaissent de contraintes de compression. On a représenté sur les figures 4 et 5 un second mode de réalisation d'une culasse 20 munie d'évidements 36 qui diffèrent de ceux vus précédemment par le fait que leur profondeur radiale n'est pas constante. Cette propriété permet d'assurer une plus grande continuité des valeurs de contraintes de pression sur toute la circonférence des sièges 28 et de leur logement 30, et notamment d'éviter de trop fortes concentrations de contraintes aux extrémités circonférentielles de l'évidement 36. Une seconde caractéristique de cette variante de réalisation des évidements 36 est que leur profondeur axiale (pa) depuis la face feu 18 est de l'ordre de la moitié de celle du logement 30 et des sièges de soupape rapportés 28. En effet, cette solution permet de conserver un très bon positionnement et une fixation fiable des sièges de soupape 28 dans leurs logements 30, tout en limitant les contraintes de compression au niveau du pontet 32, tout au moins dans la zone du pontet 32 adjacente à la face feu 18 de la culasse 20. Cette disposition est suffisante pour prévenir de manière efficace l'apparition de fissurations car la couche la plus superficielle du pontet 32 qui est en contact avec les gaz de combustion peut se dilater librement tandis que les zones du pontet 32 dont la profondeur par rapport à la face feu 18 est comprise entre une demi et une fois la profondeur axiale des sièges de soupape 28 et de leur logement 30 sont nettement moins sollicité thermiquement. Les évidements 36 peuvent être réalisés lors du moulage de la culasse 20 mais il est préférable, pour plus de précision, qu'ils soient usinés en même temps que les logements 30 des sièges de soupape 28. Dans tous les cas, la longueur circonférentielle des évidements 36 devra être adaptée d'une part au diamètre des sièges de soupape 28 et d'autre part à la largeur transversale du pontet 32. D'une manière générale, cette longueur circonférentielle est d'autant plus grande que le diamètre des sièges de soupape 28 est important, mais elle diminue avec l'accroissement de la largeur transversale du pontet 32. Enfin, la portée de l'invention ne doit pas être limitée aux formes d'évidements ici décrites qui correspondent à des modes de réalisation particulièrement simples à réaliser. II est par exemple possible de réaliser des évidements 36 dont la profondeur radiale (pr) varie de manière continue non seulement en fonction de la position angulaire mais également en fonction de la position axiale le long de la surface cylindrique 34 de manière à obtenir une variation continue des pressions de contact entre le siège de soupape 28 et son logement 30. De même, I'invention est décrite dans le cas d'un pontet séparant deux sièges de soupape rapportés mais il est possible d'envisager la réalisation de l'invention dans le cas où le pontet de matière sépare un siège de soupape rapporté d'un orifice débouchant quelconque, par exemple l'orifice débouchant d'une préchambre de combustion aménagée à l'intérieur de la culasse et débouchant dans la chambre de combustion. REVENDICATIONS 1. Culasse de moteur à combustion interne, notamment pour véhicule automobile, du type comportant une face feu (18) qui délimite une chambre de combustion (16) d'un cylindre (12) du moteur (10), du type dans lequel des sièges de soupape (28) sensiblement cylindriques sont montés serrés radialement dans des logements cylindriques (30) complémentaires formés dans la face feu (18), et du type dans lequel les logements (30) sont séparés par un pontet (32) de la culasse (20) qui s'étend entre deux zones en vis-à-vis des surfaces cylindriques internes des logements, caractérisée en ce que chacune desdites zones comporte un évidement (36) radial qui limite la pression de contact entre les sièges de soupape (28) et le pontet (32). 2. Culasse selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'évidement radial (36) de chaque logement (30) s'étend sensiblement sur un secteur angulaire centré sur l'axe (X-X) joignant les axes des sièges de soupape (28). 3. Culasse selon la revendication 2, caractérisée en ce que la profondeur radiale (pr) de l'évidement (36) est constante. 4. Culasse selon la revendication 2, caractérisée en ce que la profondeur radiale (pr) de l'évidement (36) varie le long de la circonférence de l'évidement (36). 5. Culasse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la profondeur axiale (pa) de l'évidement radial (36) est inférieure à celle du logement (30) du siège de soupape (28) associé.