Brevet FR2736969A1 — 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 interne d'un cylindre du moteur, du type comportant au moins deux orifices qui débouchent dans la chambre de combustion et qui sont séparés par un pontet, et du type dans lequel le pontet comporte au moins une rainure formée dans la face feu de la culasse, sensiblement parallèlement à la direction joignant les axes des orifices. Le pontet, qui est agencé par exemple entre deux sièges de soupape ou entre un siège de soupape et l'orifice débouchant d'une préchambre de combustion, est agencé dans la zone de la culasse soumise aux plus hautes températures. Ce 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 entraîner l'apparition de fissures de la zone environnante de la culasse qui en font une zone particulièrement fragile. Il a déjà été proposé, notamment dans le document US-A-4.968.733, de munir le pontet de deux évidements agencés selon une direction transversale qui présentent l'inconvénient d'accroître la surface d'échange de chaleur entre le pontet et les gaz d'échappement, ce qui entraîne une augmentation des températures maximales atteintes dans le pontet. Aussi, dans le but de renforcer la tenue en température du pontet1 I'invention propose une culasse du type vu précédemment, caractérisée en ce que la rainure présente une largeur réduite par rapport à sa profondeur. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - la largeur de la rainure est inférieure au dixième de sa profondeur - la rainure débouche à chacune de ses extrémités dans les orifices - les orifices sont des logements cylindriques destinés à recevoir des sièges de soupape rapportés, et la profondeur de la rainure est inférieure à la profondeur des logements des sièges de soupape - la rainure s'étend perpendiculairement au plan de la face feu de la culasse;; - la rainure s'étend selon un plan oblique par rapport au plan de la face feu de la culasse - le pontet est muni de deux rainures parallèles agencées symétriquement de part et d'autre de l'axe X-X joignant les axes des deux orifices débouchants - le fond de la rainure présente une forme arrondie. 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 ;; - la figure 6 est une vue agrandie d'un mode de réalisation des rainures - la figure 7 est une vue similaire à celle de la figure 6 représentant une variante de réalisation des rainures - les figures 8 et 9 sont des détails agrandis représentant deux modes de réalisation des fonds de rainure selon l'invention. 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. Les sièges de soupape 28 de chacun des deux orifices 24 délimitent entre eux un pontet 32 dans lequel est aménagée une rainure 34 conforme aux enseignements de l'invention. La rainure 34 est aménagée dans la face feu 18 de la culasse 20 suivant l'axe X-X qui relie les axes de chacun des deux orifices débouchants 24 et elle s'étend sur toute la largeur du pontet 32 pour déboucher à chacune de ses extrémités 36, 38 dans les logements 40 des sièges de soupape 28. Comme on peut le voir plus particulièrement sur la figure 3, la profondeur de la rainure 34 est nettement supérieure à sa largeur et est de préférence comprise entre une demi et une fois la profondeur axiale des sièges de soupape 28. La rainure 34 joue ainsi un rôle de joint de dilatation du pontet 32 qui permet, lorsque celui-ci se dilate du fait d'une augmentation de sa température, d'éviter que n'apparaissent des contraintes de compression trop importantes dans le matériau de la culasse qui seraient susceptibles de le déformer plastiquement, ce qui aurait pour conséquence de provoquer l'apparition de fissures lors de la phase de contraction du pontet due à son refroidissement. Le rapport entre la profondeur de la rainure 34 et sa largeur, qui l'apparente à la géométrie d'un trait de scie, fait que cette rainure 34 est très rapidement bouchée par des suies issues de la combustion du carburant. Les suies étant très peu compactes, elles n'empêchent pas une libre dilatation du pontet 32 mais elles évitent par leur présence l'augmentation du volume de la chambre de combustion, elles évitent la formation d'une zone de mauvaise combustion et elles évitent d'augmenter la surface d'échange de chaleur entre les gaz et la culasse 20. On a représenté sur les figures 4 et 5 une variante de réalisation de l'invention dans laquelle le pontet 32 de la culasse 20 est muni de deux rainures 34 identiques, parallèles et qui sont agencées symétriquement de part et d'autre de l'axe X-X qui joint les axes des trous débouchants 24. Cette disposition permet de mieux répartir les possibilités de dilatation du pontet 32 à chacune de ses extrémités. Les figures 6 et 7 représentent plus en détails deux modes de réalisation des rainures 34. Dans le premier mode représenté à la figure 6, les rainures 34 sont taillées perpendiculairement à la face feu 18 de la culasse 20 tandis que, dans le mode de réalisation représenté sur la figure 7, les rainures 34 sont taillées dans deux plans symétriques obliques par rapport au plan de la face feu 18. Des rainures taillées obliquement permettent une dilatation du pontet 32 suivant deux directions perpendiculaires et permettent de disposer le fond 42 des rainures 34 plus loin des zones de déformation maximale du pontet 32. Dans tous les cas, le fond 42 des rainures 34 présente de préférence une forme en section arrondie, comme on peut le voir notamment sur les figures 8 et 9, de manière à éviter toute zone de concentration de contraintes susceptibles d'entraîner l'apparition de fissures au fond des rainures. Les rainures 34 peuvent par exemple être réalisées par découpage par jet d'eau à haute pression, par usinage au laser, par électroérosion ou par micro-fraisage. La largeur des rainures 34 peut être très réduite. Il peut même suffire qu'elle soit de l'ordre de 0,1 à 0,5 mm. L'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 (10), notamment pour véhicule automobile, du type comportant une face feu (18) qui délimite une chambre de combustion (16) d'un cylindre (14) du moteur (10), du type comportant au moins deux orifices (24) qui débouchent dans la chambre de combustion (16) et qui sont séparés par un pontet (32), et du type dans lequel le pontet (32) comporte au moins une rainure (34) formée dans la face feu (18) de la culasse (20), sensiblement parallèle à la direction (X-X) joignant les axes des orifices (24), caractérisée en ce que la rainure (34) présente une largeur réduite par rapport à sa profondeur. 2. Culasse selon la revendication 1, caractérisée en ce que la largeur de la rainure (34) est inférieure au dixième de sa profondeur. 3. Culasse selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la rainure (34) débouche à chacune de ses extrémités (36, 38) dans les orifices (24). 4. Culasse selon la revendication 3, caractérisée en ce que les orifices (24) sont des logements cylindriques (40) destinés à recevoir des sièges de soupape rapportés (28), et en ce que la profondeur de la rainure (34) est inférieure à la profondeur des logements (40) des sièges de soupape (28). 5. Culasse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la rainure (34) s'étend perpendiculairement au plan de la face feu (18) de la culasse (20). 6. Culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la rainure (34) s'étend selon un plan oblique par rapport au plan de la face feu (18) de la culasse (20). 7. Culasse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le pontet (32) est muni de deux rainures (34) parallèles agencées symétriquement de part et d'autre de l'axe X-X joignant les axes des deux orifices débouchants (24). 8. Culasse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le fond (42) de la rainure (34) présente une forme arrondie.