Brevet FR2736967A1 — 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, dont une face feu ferme une chambre de combustion d'un cylindre du moteur et 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 au moins un insert métallique est noyé, au moulage de la culasse, dans le pontet séparant les deux orifices. Le pontet, qui est agencé par exemple entre deux sièges de soupapes 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. 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 entraîner l'apparition de fissures de la zone environnante de la culasse qui en font une zone particulièrement fragile. Aussi, il a déjà été proposé d'implanter dans la culasse des inserts métalliques qui sont noyés à la coulée et qui débouchent dans la face feu de la culasse qui ferme la chambre de combustion. Ces inserts métalliques jouent en quelque sorte le rôle de joints de dilatation car, du fait d'une mauvaise liaison métallurgique entre l'acier de l'insert et l'aluminium ou l'alliage d'aluminium de la culasse, il existe un décollement entre l'insert et la culasse qui, durant les cycles d'échauffement permettra une dilatation de l'aluminium de la culasse sans provoquer de déformations plastiques locales du matériau. Toutefois, la technique connue de réalisation des inserts suppose l'utilisation d'inserts dont l'épaisseur varie de 1 à 2 mm. Or, les inserts étant réalisés en acier et se terminant dans la face feu de la culasse, ils provoquent, lors de l'usinage de cette face, une usure rapide des outils de coupe normalement destinés à usiner l'alliage d'aluminium formant la culasse. Dans le but d'apporter une solution à ce problème, I'invention propose une culasse du type vue précédemment, caractérisée en ce que l'insert est de faible épaisseur. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - l'épaisseur de l'insert est inférieure à environ 0,3 mm et notamment comprise entre environ 0,1 et 0,3 mm - L'insert présente sensiblement la forme d'une plaque qui est pliée selon une arête de direction sensiblement parallèle à la direction joignant les axes des deux orifices débouchants pour délimiter deux parties de l'insert, une première partie de l'insert est agencée sensiblement perpendiculairement au plan de la face feu de la culasse et se termine par un bord d'extrémité de l'insert dans la face du pontet tournée vers la chambre de combustion, et la seconde partie s'étend sensiblement parallèlement au plan de la face feu de la culasse - la seconde partie de l'insert comporte un tronçon d'extrémité qui est recourbé en direction de la face feu de la culasse - le tronçon d'extrémité de la seconde partie de l'insert est recourbé en boucle fermée - le bord de l'insert opposé au bord qui se termine dans le pontet est enroulé sur lui-même de manière à présenter, en section transversale, une géométrie arrondie - L'insert est réalisé par déformation d'une tôle - L'insert est réalisé en alliage ferreux - le pontet comporte deux inserts agencés en vis à vis de part et d'autre de la direction joignant les axes des orifices - la culasse comporte de plus de deux orifices qui sont répartis sensiblement sur un cercle et qui sont séparés par autant de pontets qui sont eux-mêmes répartis sensiblement suivant un cercle et dont chacun comporte un insert selon l'invention, et les inserts sont agencée concentriquement avec le cercle suivant lequel sont disposés les pontets - chaque insert est incurvé selon le profil du pontet - les inserts sont réalisés d'une seule pièce en vue de leur positionnement au moulage de la culasse. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et 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; - les figures 3, 4 et 5 sont des vues en coupe transversale selon les lignes 3-3, 4-4 et 5-5 de la figure 1 - les figures 6, 7 et 8 sont des vues agrandies du détail D de la figure 3 représentant des variantes de réalisation d'un insert selon l'invention; - La figure 9 est une vue de la face feu d'une culasse à trois soupapes par cylindre conforme aux enseignements de l'invention. On a représenté sur la figure 1 un moteur à combustion interne 11 dans lequel un piston 13 se déplace à l'intérieur d'un cylindre 15 dont l'extrémité supérieure, délimitant en partie une chambre de combustion 19, est fermée par la face feu 20 d'une culasse 10. Comme on peut le voir plus particulièrement sur la figure 2, des conduits d'admission 12 et d'échappement 14 sont aménagés dans la culasse 10 et ils débouchent dans la chambre de combustion 19, au travers de sièges de soupapes 16, 18. Les sièges de soupapes 16, 18 sont rapportés dans des logements aménagés dans une face feu 20 de la culasse qui ferme la chambre de combustion 19. Les deux sièges de soupapes 16, 18 délimitent entre eux un pontet de matière 22 qui est muni de deux inserts 24, conformes aux enseignements de l'invention, noyés dans la culasse lors de la coulée. Comme on peut le voir plus particulièrement sur la figure 2, les pontets sont d'épaisseur réduite, de l'ordre de 0,1 à 0,3 mm, c'est-à-dire qu'ils sont de 5 à 10 fois moins épais que les inserts connus selon l'état de la technique. Les inserts 24 sont réalisés par pliage d'une tôle sensiblement plane, le pliage délimitant deux parties 26, 28 de l'insert 24, elles-mêmes sensiblement planes. La première partie 26 de l'insert 24 s'étend sensiblement perpendiculairement au plan général de la face feu 20 de la culasse 10 et elle se termine par un premier bord 30 de l'insert dans la face feu 20 de la culasse. Cette première partie 26 est orientée sensiblement selon une direction parallèle à la direction X-X joignant les axes des sièges de soupapes 16, 18. La seconde partie 28 de l'insert 24 s'étend dans un plan sensiblement parallèle au plan général de la face feu 20 de la culasse 10 en direction de l'extérieur du pontet 22 de manière que le second bord 32 de l'insert 24, opposé au bord 30 se terminant dans la face feu 20, soit agencé dans une zone plus froide de la culasse 10. Le second bord 32 de l'insert 24 est sensiblement en arc de cercle centré, au milieu du pontet 22. Selon un des aspects de l'invention, et comme on peut le voir plus particulièrement sur les figures 5 à 7, la seconde partie 28 de l'insert 24 comporte un tronçon d'extrémité 32 qui est recourbé transversalement en direction de la face feu 20 de la culasse 10 et, dans le mode de réalisation préféré qui est représenté sur la figure 7, le tronçon d'extrémité 32 est enroulé sur lui-même en boucle fermée de manière à présenter, en section transversale, une forme arrondie. Ces dispositions permettent de limiter, voire même d'éviter, I'apparition de fissures dans le matériau de la culasse 10 qui pourraient être provoquées par les concentrations de contrainte régnant dans cette zone. II est possible d'envisager des formes d'inserts plus ou moins complexes en vue de s'adapter aux caractéristiques géométriques et fonctionnelles des différents types de culasse. Un autre avantage important de l'utilisation d'inserts de faible épaisseur apparaît lors de l'usinage de la face feu 20 de la culasse 10. En effet, les inserts selon l'état de la technique constituaient autant de points durs noyés dans l'alliage d'aluminium de la culasse 10 et affleurant dans la surface feu 20. Ainsi, les outils de coupe, et notamment de surfaçage, étaient soumis à un phénomène de choc important à chaque rencontre avec un insert, ce qui diminuait considérablement leur durée de vie. L'utilisation d'inserts de faible épaisseur permet donc d'accroître la longévité des outils de coupe, voire d'augmenter les vitesses de coupe lors de l'usinage de la face feu 20 de la culasse 10, tout en conservant aux inserts leur fonction de limitation du fluage du pontet. De plus, I'utilisation d'inserts 24 de faible épaisseur permet de limiter l'effet de barrière thermique, dû à la présence des inserts, et qui est nuisible à un bon refroidissement de la face feu 20 de la culasse 10. L'invention a été ici décrite dans le cas d'un pontet agencé entre un siège de soupape d'admission et un siège de soupape d'échappement, mais on peut utiliser de tels inserts dans un pontet agencé entre un siège de soupape et l'orifice débouchant d'une préchambre de combustion intégrée dans la culasse. A titre de variante, on a représenté sur la figure 9 une culasse comportant trois soupapes par cylindre qui délimitent entre elles trois pontets 22, chacun muni d'un insert 24 de faible épaisseur. Afin de simplifier la mise en place des inserts 24 à la coulée de la culasse 10, il est prévu de réaliser les trois inserts 24 sous la forme d'une pièce unique sensiblement circulaire, ou en étoile, et centrée au milieu des trois soupapes, la partie de liaison (non représentée) entre les trois inserts étant supprimée lors de l'usinage de la face feu. REVENDICATIONS 1. Culasse de moteur à combustion interne, notamment pour véhicule automobile, dont une face feu (20) ferme une chambre de combustion (19) d'un cylindre (15) du moteur (11) et du type comportant au moins deux orifices (16, 18) qui débouchent dans la chambre de combustion (19) et qui sont séparés par un pontet (22), et du type dans lequel au moins un insert métallique (24) est noyé, au moulage de la culasse (10), dans le pontet (22) séparant les deux orifices (16, 18), caractérisé en ce que l'insert (24) est de faible épaisseur. 2. Culasse selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'épaisseur de l'insert (24) est inférieure à environ 0,3 mm et est notamment comprise entre environ 0,1 et 0,3 mm. 3. Culasse selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'insert (24) présente sensiblement la forme d'une plaque qui est pliée selon une arête de direction sensiblement parallèle à la direction (X-X) joignant les axes des deux orifices débouchants (16, 18) pour délimiter deux parties de l'insert (24), en ce qu'une première partie (26) de l'insert (24) est agencée sensiblement perpendiculairement au plan de la face feu de la culasse (10) et se termine par un bord d'extrémité (30) de l'insert (24) dans la face du pontet (22) tournée vers la chambre de combustion (19), et en ce que la seconde partie (28) s'étend sensiblement parallèlement au plan de la face feu de la culasse (10). 4. Culasse selon la revendication 3, caractérisée en ce que la seconde partie (28) de l'insert (24) comporte un tronçon d'extrémité (32) qui est recourbé en direction de la face feu (20) de la culasse (10). 5. Culasse selon la revendication 4, caractérisée en ce que le tronçon d'extrémité (32) de la seconde partie (28) de l'insert (24) est recourbé en boucle fermée. 6. Culasse selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que le bord (32) de l'insert (24) opposé au bord (30) qui se termine dans le pontet (22) est enroulé sur lui-même de manière à présenter une géométrie arrondie en section transversale. 7. Culasse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'insert (24) est réalisé par déformation d'une tôle. 8. Culasse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'insert (24) est réalisé en alliage ferreux. 9. Culasse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le pontet comporte deux inserts (24) agencés en vis à vis de part et d'autre de la direction (X-X) joignant les axes des orifices (16, 18). 10. Culasse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est munie de plus de deux orifices qui sont répartis sensiblement sur un cercle et qui sont séparés par autant de pontets (22) qui sont euxmêmes répartis sensiblement suivant un cercle et dont chacun comporte un insert (24) selon l'une quelconque des revendications précédentes, et en ce que les inserts sont agencés concentriquement avec le cercle suivant lequel sont disposés les pontets. 11. Culasse selon la revendication 10, caractérisée en ce que chaque insert (24) est incurvé selon le profil du pontet. 12. Culasse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les inserts (24) sont réalisés d'une seule pièce en vue de leur positionnement au moulage de la culasse (10).