Brevet FR2769527A1 — publié le 19990416

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 de réduire le nombre d'opérations nécessaires à la réalisation d'une culasse complète en intégrant directement les guides de soupape à la coulée. Classiquement la réalisation d'une culasse de moteur à combustion interne est effectuée dans un premier temps par moulage du corps de la culasse en disposant dans le moule les différents noyaux, tels que ceux définissant les cavités formant les chambres de combustion, la chambre d'huile et les conduits d'admission et d'échappement, et dans un second temps par l'usinage des logements destinés à recevoir les guides et les sièges de soupape. Les sièges et les guides de soupape sont alors assemblés au moyen d'une presse et un usinage de finition est réalisé sur la portée des sièges de soupape et dans l'alésage des guides de soupape afin d'obtenir la précision d'assemblage requise. De tels procédés de réalisation de culasse de moteur présentent l'inconvénient d'être coûteux à mettre en oeuvre, la réalisation des opérations d'usinage ainsi que la mise en place des sièges et des guides de soupape au moyen d'une presse nécessitant des machines coûteuses et spécifiques pour chaque type de culasse. ll est connu du document JP-A-58135762, pour supprimer les différentes opérations d'assemblage des guides et des sièges de soupape, d'insérer directement les guides et les sièges de soupape à la coulée, ces derniers étant maintenus dans le moule à l'aide d'aiguilles réalisant le positionnement relatif des guides de soupape vis à vis des sièges de soupape. Toutefois, un tel dispositif est complexe à mettre en oeuvre et nécessite le retrait et la récupération, après moulage, des aiguilles ayant servies à supporter à la fois les guides et les sièges de soupape, ce qui augmente le temps de préparation du dispositif de moulage et limite la capacité de production. Le but de la présente invention est donc de proposer un procédé de coulée d'une culasse ainsi qu'un noyau et son dispositif de réalisation pour la mise en oeuvre de ce procédé permettant la réduction du nombre d'opérations nécessaires à l'assemblage des guides de soupape dans la culasse et qui soit 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 la chambre d'huile, la chambre d'eau, les conduits d'admission ou conduits d'échappement. Selon l'invention le procédé est caractérisé en ce que le noyau définissant une chambre d'huile supporte au moins un élément destiné à servir de guide de soupape. Selon une autre caractéristique du procédé de réalisation par moulage d'une culasse selon l'invention, I'élément est constitué d'une tige pleine cylindrique, la tige étant usinée après moulage de la culasse pour réaliser l'alésage destiné à recevoir la queue de soupape. Selon une variante du procédé de réalisation par moulage d'une culasse selon l'invention, l'élément est constitué d'un tube comportant un alésage longitudinal inférieur au diamètre de la queue de soupape, L'alésage étant réusiné après moulage de la culasse afin de l'ajuster au diamètre de la queue de soupape et en assurer une parfaite coaxialité avec la portée du siège de soupape. L'invention concerne également un noyau de chambre d'huile destiné à être utilisé pour la mise en oeuvre du procédé définit ci-dessus et caractérisé en ce qu'il supporte un ou plusieurs éléments destinés à servir de guide de soupape. Avantageusement, les éléments possèdent une extrémité incluse dans le noyau définissant la chambre d'huile, L'autre extrémité de l'élément faisant saillie en dehors du noyau. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'élément supporté par le noyau est formé d'une tige pleine cylindrique. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'élément supporté par le noyau est formé d'un tube cylindrique. L'invention concerne également un dispositif, pour la réalisation du noyau définissant la chambre d'huile, comportant une boîte à noyau définissant une cavité destinée à recevoir un matériau pour la fabrication du noyau tel que du sable et caractérisé en ce que la boîte à noyau est munie de moyens permettant l'insertion partielle dans la cavité d'un ou plusieurs éléments destinés à servir de guide de soupape, les moyens étant adaptés pour maintenir les éléments selon une orientation donnée et permettre la libération des éléments après la fabrication du noyau. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens sont réalisés par des tiroirs montés coulissant à l'intérieur d'une ouverture pratiquée dans une paroi de la boîte à noyau, les tiroirs possédant un logement cylindrique adapté pour recevoir de manière coulissante la partie du guide de soupape destinée à faire saillie en dehors du noyau, le logement cylindrique étant orienté suivant la même direction que les tiroirs. On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description donnée ci-après de plusieurs modes de réalisation de l'invention, présentés à titre d'exemple non limitatif; en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: - les figures I à 3 représentent des vues en coupe transversale d'un dispositif pour la réalisation d'un noyau selon l'invention. - la figure 4 est une vue en coupe transversale d'un dispositif de moulage utilisé pour la mise en oeuvre d'un procédé de moulage utilisant un noyau selon un premier mode de réalisation de l'invention; - la figure 5 est une vue en coupe transversale d'un dispositif de moulage utilisé pour la mise en oeuvre d'un procédé de moulage utilisant un noyau selon un second mode de réalisation de l'invention. 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 dispositif pour la réalisation d'un noyau 1 définissant une chambre d'huile pour le moulage d'une culasse de moteur à combustion interne selon l'invention. Le dispositif est constitué d'une boîte à noyau 2 comportant un socle 3, dont la paroi supérieure 5 possède les formes de la chambre d'huile à mouler, et un couvercle 4 réalisant la fermeture étanche de la boîte à noyau 2. Le socle 3 est traversé par deux alésages 11 et 12 comportant chacun un tiroir 6 monté coulissant présentant un logement cylindrique 7 s'étendant dans la même direction que la direction de coulissement du tiroir 6. Chaque logement cylindrique 7 possède un diamètre ajusté pour recevoir de façon coulissante un élément 8 destiné à servir de guide de soupape, l'emplacement de ce dernier étant adapté pour correspondre à I'emplacement d'un guide de soupape d'admission ou d'échappement vis à vis du noyau 1 de la chambre d'huile. Le socle 3 comporte également des moyens de retenue, non représentés sur les figures, permettant le maintien des tiroirs 6 dans la position de la figure 1 pour laquelle l'extrémité des tiroirs 6 coopère avec la paroi supérieure 5 du socle 3 pour définir la forme de la cavité 10 pour le moulage du noyau 1. Dans un premier mode de réalisation d'un noyau selon l'invention représenté sur les figures 1 à 3, l'élément 8 est réalisé par une tige pleine cylindrique en matériau adapté pour servir de guide de soupape et comporte, à une de ses extrémités, une gorge 9 restant en dehors du tiroir 6 lorsque l'élément 8 est inséré dans le logement cylindrique 7. L'utilisation de la boîte à noyau 2 selon l'invention va maintenant être décrite. Les éléments 8 sont dans un premier temps placés dans les logements cylindriques 7 jusqu'à ce que l'extrémité de l'élément 8 vienne en butée contre le fond du logement cylindrique 7. Les tiroirs 6 sont amenés dans les alésages 11,12 jusqu'à ce que chaque tiroir 6 soit dans la position adaptée pour le moulage, les extrémités des éléments 8 faisant alors saillie dans la cavité 10 de la boîte à noyau 2. Un matériau pour la fabrication du noyau 1, tel que du sable, est alors introduit dans la boîte à noyau 2 de façon à remplir la cavité 10 et le sable est comprimé ou aggloméré avec un liant. Une fois le durcissement du sable effectué, les moyens de retenue des tiroirs 6 sont débrayés afin de permettre le retrait des tiroirs 6 du socle 3, les éléments 8 destinés à servir de guide de soupape restant supportés par le noyau 1 ainsi que cela est représenté sur la figure 2. Conformément à la figure 3, le couvercle 4 de la boîte à noyau 2 est ensuite enlevé et le noyau I est évacué verticalement, les alésages il et 12 ayant des dimensions calculées pour que l'espace libéré par le retrait des tiroirs 6 permette le passage des éléments 8 à travers les alésages 11,12 lors du retrait vertical du noyau 1. La figure 4 présente un mode particulier de réalisation d'un dispositif de moulage utilisant le noyau 1 pour la mise en oeuvre du procédé de moulage d'une culasse selon l'invention. Le moule comporte deux éléments de moule latéraux mobiles 16 et 17 pouvant s'écarter pour faciliter le démoulage de la culasse, un élément de moule inférieur ou semelle 10 comportant une surface 15 réalisant la face inférieure de la culasse à mouler et un élément de moule supérieur 13 mobile venant fermer le moule. L'élément supérieur 13 du moule comporte des orifices de remplissage, non représentés sur la figure, permettant l'opération de coulée. La cavité du moule, délimitée par les éléments 10,13,16 et 17, comporte deux noyaux 21 et 22 définissant respectivement les conduits d'admission et d'échappement et des noyaux 23 définissant les chambres d'eau de la culasse. Chaque noyau 21, 22 supporte, au niveau de sa jonction avec la semelle 10, un siège de soupape 7 destiné à être inséré à la coulée. Un noyau 1 définissant le volume de la chambre d'huile, et réalisé à l'aide de la boîte à noyau 2 précédemment décrite, est disposé dans la cavité du moule. Ce noyau 1 supporte les éléments 8 destinés à servir de guide de soupape et comporte des zones de forme particulière, non représentées sur la figure, coopérant avec des zones de forme complémentaire portées par les noyaux 21 et 22 des conduits d'admission et d'échappement afin d'effectuer le positionnement relatif des éléments 8 servant de guide de soupape vis à vis des sièges de soupape 7 portés par les noyaux 21,22. Conformément à la description qui précède et à la figure 4, le procédé de réalisation par moulage de la culasse comporte les opérations suivantes: - ouverture du moule par l'écartement des éléments de moule latéraux 16 et 17 et de l'élément de moule supérieur 13 - mise en place des noyaux 21,22,23 définissant les conduits d'admission, d'échappement et les chambres d'eau - mise en place du noyau 1 définissant la chambre d'huile. - fermeture des éléments de moule latéraux 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 de refroidissement choisi. Chaque élément 8 ainsi que la paroi de la culasse disposée dans l'alignement de l'élément 8 est ensuite percé sur une machine particulière afin de réaliser l'alésage recevant la queue de la soupape et former ainsi un guide de soupape 8, la même machine réalisant également l'usinage de finition des sièges de soupape 7 de manière à établir une parfaite coanalité entre le siège de soupape et le guide de soupape 8. Le procédé de moulage ainsi réalisé permet d'obtenir simplement une culasse possédant une excellente localisation des guides de soupape vis à vis des sièges de soupape tout en s'affranchissant des usinages des logements des guides et des sièges de soupape ainsi que des opérations de mise en place des guides et sièges au moyen d'une presse. La figure 5 présente une variante de réalisation du procédé selon l'invention dans laquelle les éléments 18 servant de guide de soupape sont réalisés par des tubes cylindriques présentant un alésage central et comportant une extrémité biseautée. Comme on peut le voir sur la figure 5, les éléments 18 portés par le noyau 31 sont orientés de manière à ce que l'extrémité biseautée soit à proximité immédiate du noyau 21,22 en vis à vis. Cette disposition permet d'augmenter la longueur de l'alésage servant de guide à la queue de soupape et ainsi d'améliorer le guidage de cette dernière. La réalisation du noyau 31 est effectuée d'une manière similaire à celle décrite pour le mode réalisation précédent, seuls les tiroirs 6 présentant des moyens adaptés pour orienter correctement l'extrémité biseautée de l'élément 18. Le moulage de la culasse est effectué d'une manière similaire à celle décrite pour le mode réalisation précèdent et les opérations d'usinage finales du guide de soupape et de la portée du siège de soupape sont alors simplifiées par l'existence de l'alésage dans l'élément 18. 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 définissant le volume d'huile et supportant les guides de soupape peut avantageusement être utilisé en combinaison avec l'utilisation d'un noyau monobloc intégrant à la fois les chambres de combustion, les conduits d'admission tels que décrits dans la demande de brevet Français FR 96-09071 déposée par la demanderesse. REVENDlCATlONS [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 (1,23,21,22) non fusibles correspondant respectivement aux parties évidées de la culasse telles que la chambre d'huile, la chambre d'eau, les conduits d'admission ou d'échappement, caractérisé en ce que ledit noyau (1) définissant une chambre d'huile supporte au moins un élément (8;18) destiné à servir de guide de soupape. [2] Procédé de réalisation par moulage d'une culasse selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément (8) est constitué d'une tige pleine cylindrique en matériau adapté pour servir de guide de soupape, ladite tige étant usinée après moulage de la culasse pour réaliser l'alésage destiné à recevoir la queue de soupape. [3] Procédé de réalisation par moulage d'une culasse selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément (18) est constitué d'un tube comportant un alésage inférieur au diamètre de la queue de soupape, ledit alésage étant réusiné après moulage de la culasse afin de l'ajuster au diamètre de la queue de soupape tout en assurant une parfaite coaxialité avec la portée du siège de soupape. [4] Noyau (1) pour la réalisation par moulage d'une culasse de moteur à combustion interne, caractérisé en ce que ledit noyau (1) définissant la chambre d'huile supporte un ou plusieurs éléments (8;18) destinés à servir de guide de soupape. [5] Noyau (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits éléments (8;18) possèdent une extrémité incluse dans ledit noyau monobloc (1), l'autre extrémité dudit élément (8;18) faisant saillie en dehors du noyau (1). [6] Noyau (1) selon l'une quelconque des revendications 4 à 5, caractérisé en ce que ledit élément (8) est formé d'une tige pleine cylindrique. g7] Noyau (1) selon l'une quelconque des revendications 4 à 5, caractérisé en ce que ledit élément (18) est formé d'un tube cylindrique. [8] Dispositif pour la réalisation d'un noyau (1) de chambre d'huile, comportant une boîte à noyau (2) définissant une cavité destinée à recevoir un matériau pour la fabrication du noyau (1) tel que du sable, caractérisé en ce que ladite boîte à noyau (2) est munie de moyens (6) permettant l'insertion partielle dans la cavité d'un ou plusieurs éléments (8;18) destinés à servir de guide de soupape, lesdits moyens (6) étant adaptés pour maintenir lesdits éléments (8;18) selon une orientation donnée et permettre la libération desdits éléments (8;18) après la fabrication du noyau (1). [9] Dispositif pour la réalisation d'un noyau (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens (6) sont réalisés par des tiroirs montés coulissant à l'intérieur d'une ouverture (11,12) pratiquée dans une paroi (3) de la boîte à noyau (2), lesdits tiroirs (6) possédant un logement cylindrique (7) adapté pour recevoir de manière coulissante la partie du guide de soupape (8;18) destinée à faire saillie en dehors du noyau (1), ledit logement cylindrique (7) étant orienté suivant la même direction que lesdits tiroirs (6).