Brevet FR2751251A1 — publié le 19980123

PROCEDE ET NOYAU POUR LA REALISATION PAR MOULAGE D'UNE CULASSE DE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention se rapporte à un procédé d'élaboration de pièces de fonderie et vise plus particulièrement un procédé de coulée d'une culasse pour moteur à combustion interne, ainsi qu'un noyau pour la mise en oeuvre de ce procédé, permettant d'améliorer les précisions dimensionnelles de l'ensemble chambres de combustion, conduits d'admission, conduits d'échappement. Classiquement la réalisation d'une culasse de moteur à combustion interne est effectuée dans un moule comportant aux moins un noyau pour chacun des sous ensembles chambres de combustion, conduits d'admission et conduits d'échappement. Le noyau définissant les formes des chambres de combustion étant souvent réalisé par une empreinte intégrée à la semelle (fond métallique) du moule. De tels dispositifs présentent l'inconvénient d'être sensibles aux écarts de positionnement des noyaux les uns par rapport aux autres, ces écarts de positionnement provenant soit d'imprécisions lors de la mise en place des noyaux dans le moule, soit de mouvements des noyaux lors de la coulée du métal provoqués par la différence de densité entre les noyaux et le métal coulé. Ces écarts de positionnement des noyaux réalisant les conduits d'admission et d'échappement provoque généralement un décalage entre la position du siège de soupape lié à la chambre de combustion et l'extrémité du conduit d'admission ou d'échappement qui perturbe l'écoulement de l'air et détériore le rendement du moteur. I1 est connu, pour remédier à cet inconvénient, d'effectuer un usinage de calibrage du raccord entre les conduits et les sièges de soupapes. Cet usinage, réalisé par exemple par fraisage, permet l'alignement du siège de soupape avec le conduit mais entraîne le plus souvent la création d'un becquet, correspondant à une discontinuité de la pente du conduit au niveau de l'intersection de ce dernier avec la trajectoire de la fraise, qui vient perturber l'écoulement de l'air. Cette perturbation engendrée par le becquet est moins importante que celle précédemment crée par le décalage de l'extrémité du conduit avec le siège de soupape mais est néanmoins pénalisante dans le cas de conduits et de soupapes de faible diamètre. Le but de la présente invention est donc de proposer un procédé de coulée d'une culasse ainsi qu'un noyau permettant d'obtenir directement une bonne localisation des sièges de soupape par rapport aux conduits d'admission et d'échappement de façon à supprimer l'usinage de calibrage et obtenir un meilleur écoulement des gaz. La réalisation de ce procédé et de son noyau associé restant simple et économique à réaliser. Le procédé selon l'invention concerne le moulage d'une culasse de moteur à combustion interne, du type par lequel on coule un alliage métallique dans un moule renfermant des noyaux non fusibles correspondant notamment aux parties évidées de la culasse telles que les chambres de combustion, les conduits d'admission, les conduits d'échappement et les chambres d'eau ou d'huile. Selon l'invention le procédé est caractérisé en ce qu'un seul noyau monobloc intègre les formes définissant à la fois les chambres de combustion et les conduits d'admission. Selon une autre caractéristique du procédé de réalisation par moulage d'une culasse selon l'invention, le noyau monobloc intègre également les formes définissant les conduits d'échappement. Selon une autre caractéristique du procédé de réalisation par moulage d'une culasse selon l'invention, les sièges de soupapes de la culasse sont réalisés par des bagues rapportées et insérées à la coulée, lesdites bagues étant supportées par le noyau monobloc. Selon une autre caractéristique du procédé de réalisation par moulage d'une culasse selon l'invention, le noyau monobloc intègre également les formes adaptées définissant le référentiel brut utilisé pour les départs d'usinage. L'invention concerne également un noyau destiné à être utilisé pour la mise en oeuvre du procédé définit ci-dessus et caractérisé en ce qu'il est de type monobloc et intègre les formes définissant à la fois les chambres de combustion et les conduits d'admission. Avantageusement, le noyau monobloc intègre également les formes définissant les conduits d'échappement et supporte les bagues servant de siège de soupapes. Selon une autre caractéristique de l'invention, le noyau monobloc intègre également les formes adaptées définissant le référentiel brut utilisé pour les départs d'usinage. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, ledit noyau monobloc est réalisé dans une boite à noyau et est constitué de sable comprimé et aggloméré avec un liant tel que de la résine. On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description donnée ci-après de différents modes de réalisation de l'invention, présentés à titre d'exemples non limitatifs, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 représente une vue schématique, en perspective, d'un mode de réalisation particulier d'un noyau monobloc servant au moulage d'une culasse de moteur à combustion interne selon l'invention - la figure 2 est une vue de dessus du noyau monobloc représenté à la figure 1 - la figure 3 est une vue de côté du noyau monobloc représenté sur la figure 1 - la figure 4 est une vue de dessus d'un dispositif de moulage utilisé pour la mise en oeuvre du procédé - la figure 5 représente une section transversale suivant la ligne V-V du dispositif de moulage représenté à la figure 4 - la figure 6 représente une vue partielle en coupe longitudinale du dispositif de moulage suivant la ligne VI-VI de la figure 4. Pour faciliter la lecture des dessins, les mêmes pièces portent les mêmes références d'une figure à l'autre. Par ailleurs, seuls les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention ont été figurés. La figure 1 présente un mode de réalisation particulier d'un noyau 1 pour la réalisation par moulage d'une culasse de moteur à combustion interne selon l'invention. En se reportant aux figures 1 à 3, on voit un noyau 1 de type monobloc utilisé pour le moulage d'une culasse de moteur à combustion interne de type à quatre cylindres en ligne et quatre soupapes par cylindre. Le noyau monobloc 1 des figures 1 à 3 comporte quatre parties identiques 4 régulièrement espacées, disposées dans un même alignement, et définissant les quatre chambres de combustion de la culasse à mouler. Chaque chambre de combustion 4 du noyau monobloc 1 est reliée dans sa partie supérieur à deux bras 2 et à un bras 3 définissant respectivement les deux conduits d'admission et les deux conduits d'échappement siamoisés de la culasse à mouler. Comme on peut le voir plus précisément sur la figure 3, des bagues 7, non représentées sur les figures 1 et 2, sont disposées autour des conduits d'admission 2 et d'échappement 3, contre les chambres de combustion 4 du noyau monobloc 1. Ces bagues 7 sont en matériau adapté pour la réalisation d'un siège de soupape et permettent l'insertion à la coulée des sièges de soupape lors du moulage de la culasse. Conformément aux figures 1 à 3, le noyau monobloc 1 comporte une partie 5 disposée sous les chambres de combustion 4. Cette partie 5 s'étend principalement en direction des chambres de combustion 4 voisines pour former un socle 5 supportant les chambres de combustion 4 à une distance adaptée. Le socle 5 se prolonge également transversalement pour former des bras 6 dont les extrémités 8 définissent le référentiel brut utilisé pour les départs d'usinage. L'épaisseur du socle 5 est choisie en fonction de la rigidité et de la tenue du noyau monobloc 1 souhaitée. Le noyau 1 tel que représenté sur les figures 1 à 3 peut être réalisé de façon connue dans une boite à noyau avec du sable comprimé et aggloméré avec un liant. Les figures 4 à 6 présentent un mode particulier de réalisation d'un dispositif de moulage utilisant le noyau monobloc 1 pour la mise en oeuvre du procédé de moulage d'une culasse selon l'invention. La figure 4 présente plus particulièrement un moule vue de dessus lorsque seul le noyau monobloc 1 est mis en place. Ce moule comporte quatre éléments de moule latéraux mobiles 11, 12, 16 et 17 pouvant s'écarter pour faciliter le démoulage de la culasse et un élément de moule inférieur ou semelle 10 comportant une surface plane 15 réalisant la face inférieure de la culasse à mouler. La figure 5 présente une section du moule de la figure 4 lorsque les différents noyaux classiques nécessaires au moulage de la chambre d'eau de la culasse sont mis en place. Le moule comporte un élément de moule supérieur 13 mobile, non représenté sur la figure 4, venant fermer le moule pour définir l'épaisseur des parois de la culasse à mouler et le volume de la chambre d'huile. Des orifices de remplissage, non représentés sur la figure, sont ménagés à travers l'élément de moule supérieur pour permettre l'opération de coulée. L'élément de moule latéral 11 mobile comporte une cavité permettant le maintien en position de l'extrémité libre des bras 2 réalisant les conduits d'admission lorsque le moule est fermé. De la même façon, l'élément de moule latéral 12 mobile comporte une cavité permettant le maintien en position de l'extrémité libre des bras 3 réalisant les conduits d'échappement. Comme on peut le voir sur les figures 5 et 6, la semelle 10 comporte une cavité 14 destinée à recevoir le noyau monobloc 1 avant la fermeture du moule et l'opération de coulée. La forme et le volume de la cavité 14 sont adaptés et ajustés au socle 5 et aux bras 6 du noyau monobloc 1 tel que représenté sur les figures 1 à 3, de façon à ce que le socle 5 et les bras 6 soient intégralement disposés dans la cavité 14 de la semelle 10 lorsque le noyau monobloc 1 est disposé dans le moule. Ainsi, seuls les éléments du noyau monobloc 1 définissant des cavités particulières de la culasse à mouler tels que les conduits d'admission 2, les conduits d'échappement 3, les chambres de combustion 4 et les extrémités 8 des bras 6 sont disposés au dessus de la surface plane 15 de la semelle 10 définissant la face inférieure de la culasse. Conformément à la description qui précède et aux figures 4 à 6, le procédé de réalisation par moulage de la culasse comporte les opérations suivantes: - ouverture du moule par l'écartement des éléments de moule latéraux 11, 12, 16 et 17 et de l'élément de moule supérieur 13; - mise en place du noyau monobloc 1 sur la semelle 10; - mise en place des noyaux définissant la chambre d'eau et les passages d'huile; - fermeture des éléments de moule latéraux 11, 12, 16 et 17 permettant l'immobilisation des noyaux présents dans le moule; - fermeture de l'élément de moule supérieur 13 et réalisation d'une opération de coulée classique; - démoulage après un certain temps variable suivant le mode refroidissement choisi. Le procédé de moulage ainsi réalisé permet d'obtenir une culasse possédant une excellente localisation des bagues 7 formant les sièges de soupape par rapport aux conduits d'admission 2 et d'échappement 3. En effet, ces derniers étant moulés directement par le noyau monobloc 1 et les bagues 7, insérées à la coulée, étant supportées par ce même noyau monobloc 1, la précision dimmensionnelle de l'ensemble chambre de combustion, sièges de soupape, conduits d'admission, conduits d'échappement est indépendante de l'emplacement des différents noyaux présents dans le moule et dépend uniquement de la qualité de réalisation du noyau monobloc 1. Ce procédé de moulage utilisant le noyau monobloc 1 permet donc de s'affranchir de l'usinage de calibrage habituellement nécessaire avec les procédés de moulage de culasse classique utilisant plusieurs noyaux pour les conduits et la chambre de combustion. L'utilisation du noyau monobloc 1 permet également de réaliser un raccord entre les conduits et la chambre de combustion dont l'aérodynamique est optimisée de façon à n'offrir que très peu de résistance au flux d'air. La minimisation des pertes de charges obtenue par ce procédé est particulièrement importante pour l'amélioration des performances du moteur. Ainsi, la diminution des pertes de charge au niveau du raccord entre le conduit d'admission et la chambre de combustion contribue à améliorer nettement le remplissage du moteur et à diminuer la pollution résultant de la combustion. Par ailleurs, le noyau monobloc 1 définit également le référentiel brut utilisé pour les départs d'usinage ce qui permet de supprimer les incertitudes de localisation liées à l'utilisation de noyaux différents et d'obtenir une meilleure localisation de tous les usinages. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. Ainsi, le procédé d'utilisation d'un noyau monobloc intégrant les formes définissant à la fois les chambres de combustion, les conduits d'admission et les conduits d'échappement peut être utilisé dans d'autres types de moules tels que des moules à coulée sous pression ou squeeze-casting ou des moules sable (à vert ou autodurcissant). REVENDICATIONS [1] Procédé de réalisation par moulage d'une culasse de moteur à combustion interne, du type par lequel on coule un alliage métallique dans un moule renfermant des noyaux non fusibles correspondant notamment aux parties évidées de la culasse telles que les chambres de combustion (4), les conduits d'admission (2), les conduits d'échappement (3) et les chambres d'eau ou d'huile, caractérisé en ce qu'un seul noyau monobloc (1) intègre les formes définissant à la fois les chambres de combustion (4) et les conduits d'admission (2). [2] Procédé de réalisation par moulage d'une culasse de moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit noyau monobloc (1) intègre également les formes définissant les conduits d'échappement (3). [3] Procédé de réalisation par moulage d'une culasse de moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que les sièges de soupapes de la culasse sont réalisés par des bagues (7) rapportées et insérées à la coulée, lesdites bagues (7) étant supportées par ledit noyau monobloc (1). [4] Procédé de réalisation par moulage d'une culasse de moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit noyau monobloc (1) intègre également les formes adaptées définissant le référentiel brut (8) utilisé pour les départs d'usinage. [5] Noyau pour la réalisation par moulage d'une culasse de moteur à combustion interne, caractérisé en ce que ledit noyau est de type monobloc (1) et intègre les formes définissant à la fois les chambres de combustion (4) et les conduits d'admission (2). [6] Noyau selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit noyau monobloc (1) intègre également les formes définissant les conduits d'échappement (3). [7] Noyau selon l'une quelconque des revendications 5 à 6, caractérisé en ce que ledit noyau mono bloc (1) supporte des bagues (7) servant de siège de soupapes. [8] Noyau selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que ledit noyau monobloc (1) intègre également les formes adaptées (8) définissant le référentiel brut utilisé pour les départs d'usinage. [9] Noyau selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que ledit noyau monobloc (1) est réalisé dans une boite à noyau et est constitué de sable comprimé et aggloméré avec un liant tel que de la résine.