Brevet FR2760205A1 — publié le 19980904

PROCEDE ET DISPOSITIF D'USINAGE D'UNE CULASSE DE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif d'usinage d'une culasse de moteur à combustion interne de type multicylindre. La présente invention concerne plus particulièrement un procédé et un dispositif pour déterminer un référentiel encore appelé départ de brut servant à la mesure des cotes d'usinage. Un moteur à combustion interne multicylindre comporte classiquement un bâti ou carter moteur constitué par une pièce de fonderie en fonte ou en aluminium présentant une pluralité d'alésages cylindriques à l'intérieur desquels sont logés des pistons. Ces pistons sont reliés au moyen de bielles à un vilebrequin monté tourillonnant dans des paliers agencés à l'extrémité inférieure du carter moteur. Ce carter moteur est fermé hermétiquement dans sa partie supérieure par une autre pièce de fonderie appelée culasse. Classiquement, la culasse recouvre par sa face inférieure les cylindres de façon à délimiter avec les pistons, les chambres de combustion du moteur. La culasse est par ailleurs traversée par des conduits d'admission et d'échappement qui assurent respectivement l'admission et l'évacuation des gaz des chambres de combustion. Ces conduits présentent au droit des chambres de combustion, des orifices qui sont sélectivement obturés par des soupapes à tiges montées coulissantes dans la culasse à l'intérieur de guides de soupape correspondants. Les conduits d'admission et d'échappement s ' étendent transversalement à travers la culasse entre les faces latérales où ils sont raccordés à un collecteur respectivement d'admission et d'échappement, et la face d'appui inférieure où ils débouchent dans les toits des chambres de combustion. Comme cela est notamment décrit dans le document FR-1.405.932 ou encore dans le document FR-92/09937 déposé par la Demanderesse, les conduits d'admission et d'échappement ménagés à travers la culasse sont obtenus bruts de fonderie avec le bloc culasse puis sont usinés pour obtenir le profil interne souhaité notamment de leurs parties terminales au voisinage des chambres de combustion. Le profil interne des conduits d'admission et plus particulièrement de leurs parties terminales est particulièrement important car il influe directement non seulement sur la perméabilité des conduits et sur le remplissage des chambres de combustion mais encore sur la turbulence des écoulements et sur le déroulement des combustions et donc sur les performances et les émissions de polluants du moteur. La précision des opérations d'usinage est donc très importante. Tout écart du profil intérieur d'un conduit avec le profil nominal implique des modifications dans les écoulements de l'air ou du mélange carburé entrant dans la chambre de combustion avec pour conséquence une dégradation des performances du moteur et une augmentation des émissions de polluant des moteurs. Jusqu'à présent, les chaînes de cotes d'usinage sont déterminées à partir d'un référentiel défini par six points situés sur la face inférieure d'appui de la culasse en contact avec la plaque de base du moule spécialement adaptée à cet effet. Ce référentiel traditionnel issu directement de fonderie présente toutefois l'inconvénient de manquer de précision notamment par rapport aux conduits et donc d'entraîner des dispersions importantes lors de l'usinage de ces derniers, sauf à recourir à des outillages et à des procédés de fonderie de précision dont les coûts et la complexité de mise en oeuvre sont difficilement compatibles avec des productions de grande série. L'objet de la présente invention est donc de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé et un dispositif permettant de déterminer un nouveau référentiel issu de fonderie améliorant sensiblement la précision d'usinage de la culasse et notamment des conduits d'admission et ce, sans changer la précision des outillages et des procédés de fonderie. Le procédé d'usinage d'un bloc culasse de moteur à combustion interne selon l'invention, comporte une étape initiale de reconnaissance de la position de points de référence liés au bloc culasse permettant de définir un référentiel d'usinage à partir duquel sont déterminés lors des différentes étapes successives d'usinage les déplacements relatifs des outils de coupe et du bloc culasse. Selon l'invention, le procédé d'usinage d'un bloc culasse de moteur à combustion interne est caractérisé en ce que le référentiel d'usinage est défini par respectivement un appui plan, une orientation et une butée, et en ce que le référentiel d'usinage est essentiellement obtenu à partir de points de référence pris dans les conduits d'admission et/ou d'échappement du bloc culasse. Suivant une autre caractéristique du procédé d'usinage d'un bloc culasse de moteur à combustion interne objet de l'invention, les points de référence pris dans les conduits, le sont dans la partie terminale de ces conduits s'étendant entre l'orifice débouchant dans le toit de la chambre de combustion ménagée sur la face d'appui du bloc culasse et la chapelle où débouche le logement du guide de soupape. Suivant une autre caractéristique du procédé d'usinage d'un bloc culasse de moteur à combustion interne objet de l'invention, l'appui plan est le plan qui est parallèle au plan de base défini par trois points de référence prédéterminés ménagés sur la face d'appui du bloc culasse et qui passe par un point de référence déduit des sommets des chapelles des conduits considérés. Suivant une autre caractéristique du procédé d'usinage d'un bloc culasse de moteur à combustion interne objet de l'invention, le point de référence déduit des sommets des chapelles des conduits considérés est déterminé comme le point moyen des deux sommets extrêmes. Suivant une autre caractéristique du procédé d'usinage d'un bloc culasse de moteur à combustion interne objet de l'invention, l'orientation est définie par deux points de référence pris dans deux conduits au voisinage de leurs orifices débouchant sur la face d'appui du bloc culasse. Suivant une autre caractéristique du procédé d'usinage d'un bloc culasse de moteur à combustion interne objet de l'invention, les deux conduits retenus pour définir l'orientation sont les conduits s'étendant respectivement au voisinage de chacune des extrémités longitudinales du bloc culasse. Suivant une autre caractéristique du procédé d'usinage d'un bloc culasse de moteur à combustion interne objet de l'invention, la butée est définie par un point de référence pris dans un conduit s'étendant au voisinage du centre du bloc culasse. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de repérage comprenant des moyens palpeurs adaptés pour venir mesurer selon une direction donnée par rapport au plan de base défini par trois points de référence prédéterminés ménagés sur la face d'appui du bloc culasse, la cote entre le sommet de chacune des différentes chapelles. On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description donnée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une culasse de moteur à combustion interne la figure 2 est une vue de dessous de la culasse représentée à la figure I Conformément aux figures, seules les parties constitutives nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentées. De plus, pour simplifier la lecture des dessins, les mêmes éléments portent les mêmes références d'une figure à l'autre. Le bloc culasse 1 présentée sur les figures 1 et 2 concerne plus particulièrement un moteur à quatre cylindres en ligne, à allumage par compression et à deux soupapes par cylindre. Le procédé d'usinage décrit ci-après n'est toutefois pas limité à un tel moteur et peut donc s'appliquer à l'usinage de toute culasse. Le bloc culasse 1 est acheminé de façon classique en sortie de fonderie vers une ligne de fabrication où sont réalisées les différentes opérations d'usinage requises sur des postes d'usinage pouvant notamment utiliser des machines outils de type machines transfert. Le bloc de culasse brut est classiquement obtenu par coulée du métal dans un moule comportant des noyaux définissant les conduits d'admission et d'échappement, les chambres d'eau, le noyau définissant les chambres de combustion étant réalisé sous forme rapportée ou encore par une empreinte intégrée au fond métallique du moule encore appelée semelle qui définit la face d'appui du bloc cylindres destiné à venir reposer contre le bloc cylindres. Ces différents noyaux comportent des formes adaptées telles que des plats définissant après moulage des points de repère particuliers sur le bloc culasse brut servant à la définition du référentiel d'usinage. La première opération lors de la réception du bloc brut sur la ligne d'usinage consiste à déterminer le référentiel d'usinage à partir duquel vont être déterminées toutes les côtes d'usinage définissant les déplacements relatifs des outils de coupe et du bloc culasse, référentiel encore appelé départ de brut. Le référentiel d'usinage selon l'invention est, de façon originale, formé par un appui plan, une orientation et une butée qui sont déterminées essentiellement en utilisant des points de repère portés par les conduits d'admission référencés 10, 20, 30 et 40. L'invention n'est toutefois pas limitée à l'utilisation des seuls conduits d'admission mais peut également utiliser les conduits d'échappement ou encore de façon mixte en utilisant à la fois des conduits d'admission et d'échappement. L'appui plan, à partir duquel va être notamment usiné la face d'appui 2, est un plan parallèle au plan de base défini par trois points de référence 3, 4 et 5 portés par la face d'appui 2 du bloc culasse 1, qui passe par le point moyen des sommets 15, 25, 35, 45 des chapelles des quatre conduits d'admission 10, 20, 30, 40. Les conduits d'admission 10, 20, 30, 40 qui traversent transversalement le bloc culasse 1 entre une face latérale et la face d'appui 2 présentent une partie coudée s'étendant au voisinage des chambres de combustion, partie coudée où débouche classiquement le perçage dans lequel vient se loger le guide de soupape. La partie terminale des conduits d'admission, respectivement 10, 20, 30, 40, entre l'orifice d'admission et la partie coudée définit une zone ogivale appelée chapelle dont le sommet brut présente un plat, respectivement 15, 25, 35, 45. Ces plats 15, 25, 35, 45 servent donc de points de références pour mesurer une cote moyenne A, à partir du plan de base. Cette cote moyenne est obtenue, par exemple, comme la moyenne des deux valeurs extrêmes (valeurs minimale et maximale) L'appui plan est alors déduit par translation suivant la normale du plan de base d'une valeur A. La détermination de la cote A entre chacun des sommets 15, 25, 35, 45 des quatre chapelles et le plan de base défini par les trois points 3, 4, 5 est faite en utilisant quatre palpeurs non figurés qui pénètrent chacun dans un conduit d'admission par son orifice d'admission et viennent en appui sur le plat ménagé au sommet de la chapelle en se déplaçant suivant une direction normale au plan de base. Les différentes mesures sont ensuite traitées dans une unité de calcul appropriée pour obtenir la valeur de la cote A. L'orientation est déterminée par deux points de repères 13 et 43 ménagés dans les conduits d'admission respectivement 10 et 40 s'étendant à chacune des extrémités axiales du bloc culasse 2, ces points de repères sont obtenus à laide d'outils centreurs-expanseurs prenant appui sur 2 plats diamétralement opposés, disposés au voisinage des orifices d'admission parallèlement à l'axe longitudinal de la culasse. Quant à la butée, elle est également définie par un point de repère 23 ménagé dans l'un des conduits d'admission, en l'occurrence le conduit 20 choisi parmi les deux conduits centraux. Ce dernier point de repère est obtenu de la même façon que les points 13 et 43, à l'aide d'un outil centreur-expanseur prenant appui sur 2 plats diamétralement opposés, disposés au voisinage de l'orifice d'admission mais perpendiculairement par rapport à l'axe longitudinal de la culasse. Selon l'invention, la quasi-totalité des points de référence sont donc pris directement dans les conduits d'admission ce qui permet de contrôler de façon sensiblement plus précise l'usinage de ces conduits, ainsi que le positionnement des guides et des sièges des soupapes d'admission. Ainsi, selon la direction longitudinale, la plus influente sur la formation d'une turbulence autour de l'axe des cylindres (Swirl), des gains de plus de 20% par rapport à la précision des usinages selon l'art antérieur ont ainsi été mesurés. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples. 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 la cote A est de préférence mesurée selon la direction prévue des tiges de soupapes, ce qui implique de venir mesurer la cote A selon une direction non normale au plan de base lorsque les tiges de soupapes sont inclinées par rapport à l'axe des cylindres. L'appui plan est alors déduit du plan de base par translation selon la direction des tiges de soupapes, d'une valeur A. REVENDICATIONS [1] Procédé d'usinage d'un bloc culasse (1) de moteur à combustion interne comportant une étape initiale de reconnaissance de la position de points de référence (3,4,5,15,25,35,45,13,43,23) liés au bloc culasse (1) permettant de définir un référentiel d'usinage à partir duquel sont déterminés lors des différentes étapes successives d'usinage les déplacements relatifs des outils de coupe et du bloc culasse (1), caractérisé en ce que ledit référentiel d'usinage est défini par respectivement un appui plan, une orientation et une butée, et en ce que ledit référentiel d'usinage est essentiellement obtenu à partir de points de référence (12,25,35,45,13,43,23) pris dans les conduits d'admission (10,20,30,40) et/ou d'échappement du bloc culasse (1). [2] Procédé d'usinage d'un bloc culasse (1) de moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits points de référence (15,25,35,45,13,43,23) pris dans les conduits, le sont dans la partie terminale desdits conduits (10,20,30,40) s'étendant entre l'orifice (11,21,31,41) débouchant dans le toit de la chambre de combustion ménagée sur la face d'appui (2) du bloc culasse (1) et la partie coudée où débouche le logement du guide de soupape. [3] Procédé d'usinage d'un bloc culasse (1) de moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que ledit appui plan est le plan qui est d'une part, parallèle au plan de base défini par trois points de référence prédéterminés (3,4,5) ménagés sur la face d'appui (2) du bloc culasse (1) et qui d'autre part, passe par un point de référence (A) déduit des sommets (15,25,35,45) des chapelles des conduits considérés (10,20,30,40). [4] Procédé d'usinage d'un bloc culasse (1) de moteur à combustion interne selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit point de référence (A) est déterminé comme le point moyen des deux sommets extrêmes (15,25,35,45) des chapelles des conduits considérés (10,20,30,40). [5] Procédé d'usinage d'un bloc culasse (1) de moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite orientation est définie par deux points de référence (13,43) pris dans deux conduits (10,40) au voisinage de leurs orifices débouchant sur la face d'appui (2) du bloc culasse (1). [6] Procédé d'usinage d'un bloc culasse (1) de moteur à combustion interne selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits deux conduits sont les conduits (10,40) qui s'étendent respectivement au voisinage de chacune des extrémités longitudinales du bloc culasse (1). [7] Procédé d'usinage d'un bloc culasse (1) de moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite butée est définie par un point de référence (23) pris dans un conduit (20) s'étendant au voisinage du centre du bloc culasse (1). [8] Dispositif d'usinage pour culasse de moteur à combustion pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de repérage comprenant des moyens palpeurs adaptés pour venir mesurer selon une direction donnée par rapport au plan de base défini par trois points de référence prédéterminés (3,4,5) ménagés sur la face d'appui (2) du bloc culasse (1), la cote (A) entre le sommet (15,25,35,45) de chacune des différentes chapelles et ledit plan de base.