Brevet FR2793174A1 — publié le 20001110

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA REALISATION PAR MOULAGE D'UNE CULASSE DE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention se rapporte à un procédé de coulée d'une culasse pour moteur à combustion interne utilisant un noyau monobloc dont les formes intègrent à la fois les chambres de combustion et les conduits d'admission et vise plus particulièrement un procédé de coulée d'une culasse en aluminium à la tenue mécanique localement renforcée notamment pour tre utilisée sur un moteur diesel. II est connu du brevet français FR-B1-2 751 251, déposé par la demanderesse, de réaliser par moulage une culasse de moteur à combustion interne au moyen d'un moule comportant un noyau monobloc en sable intégrant les formes définissant à la fois les chambres de combustion, les conduits d'admission et éventuellement les conduits d'échappement. Un tel procédé permet d'obtenir des culasses présentant un excellent écoulement des gaz entre les conduits d'admission et la chambre de combustion et peut etre avantageusement utilisé pour réaliser une culasse en alliage d'aluminium, ce dernier présentant l'avantage d'tre léger et d'avoir une excellente conductivité thermique. Toutefois, lorsque la culasse en alliage d'aluminium est destinée à équiper un moteur diesel, l'important gradient de température au niveau de la zone inter-soupapes, correspondant à la région séparant le siège de la soupape d'échappement du siège de la soupape d'admission, génère de fortes contraintes thermiques à l'origine de criques. Pour remédier à ce problème, il est connu d'améliorer localement les propriétés mécaniques de la culasse en augmentant localement la vitesse de refroidissement de l'alliage d'aluminium de façon à augmenter ses caractéristiques mécaniques. Or, l'utilisation d'un noyau monobloc en sable, nécessaire pour permettre le démoulage de la culasse, empche, du fait du faible pouvoir refroidissant du sable, l'obtention d'une vitesse de refroidissement suffisante pour obtenir des caractéristiques mécaniques de la culasse compatible avec son utilisation sur un moteur diesel. Le but de la présente invention est donc de proposer un perfectionnement au procédé décrit dans le brevet FR-B1-2 751 251 ainsi que son dispositif de mise en oeuvre qui permette l'utilisation d'un noyau monobloc en sable, qui assure une aérodynamique optimisée entre les conduits et la chambre de combustion tout en procurant une grande facilité de démoulage, et qui permette également d'obtenir une culasse en aluminium présentant des caractéristiques mécaniques améliorées en augmentant localement la vitesse de refroidissement de l'aluminium 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 aux parties évidées de la culasse telles que les chambres de combustion, les conduits d'admission, d'échappement et les chambres d'eau ou d'huile, et renfermant notamment un noyau monobloc intégrant les formes définissant à la fois les chambres de combustion et les conduits d'admission. Selon l'invention le procédé est caractérisé en ce que le noyau monobloc comporte un élément moulant refroidi venant mouler partiellement la chambre de combustion. 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 et l'élément moulant refroidi s'étend au centre de la forme définissant la chambre de combustion, entre les formes définissant les conduits d'admission et d'échappement. Selon une autre caractéristique du procédé de réalisation par moulage d'une culasse selon l'invention, l'élément moulant est refroidi par conduction à travers la semelle du moule, la semelle comportant, à proximité de la zone de contact avec l'élément moulant, une circulation de fluide de refroidissement. Selon une autre caractéristique du procédé de réalisation par moulage d'une culasse selon l'invention, la semelle du moule comporte une cavité de réception d'une partie de l'élément moulant. L'invention concerne également un dispositif de moulage pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, renfermant des noyaux non fusibles correspondants respectivement aux parties évidées de la culasse et renfermant notamment un noyau monobloc intégrant les formes définissant à la fois les chambres de combustion et les conduits d'admission et caractérisé en ce que le noyau monobloc comporte, au niveau de la chambre de combustion, un logement adapté pour recevoir un élément moulant refroidi. Selon une autre caractéristique du dispositif selon l'invention, l'élément moulant est une pièce métallique s'insérant partiellement dans une cavité de la semelle du moule et partiellement dans le logement du noyau monobloc, la semelle du moule étant refroidie à proximité du trou par une circulation de fluide. Selon encore une autre caractéristique du dispositif de moulage, l'élément moulant possède une section transversale sensiblement en forme de croix s'étendant entre les formes définissant les conduits d'admission et d'échappement. L'invention concerne également un noyau monobloc en sable destiné à tre utilisé dans le dispositif définit ci-dessus et caractérisé en ce que le noyau comporte, au niveau de la forme définissant la chambre de combustion, un trou servant de logement à un élément moulant métallique refroidi par conduction thermique. Avantageusement, ledit élément métallique est intégré directement lors du procédé de fabrication dudit noyau monobloc dans une boite à noyau au moyen 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 d'un mode de réalisation de l'invention, présenté à titre d'exemple, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : -la figure 1 représente une vue de dessus schématique, d'un dispositif de moulage utilisé pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; -la figure 2 est une section transversale suivant la ligne II-II du dispositif de moulage de la figure 1. Pour faciliter la lecture des dessins, les mmes pièces portent les mmes références d'une figure à l'autre. Par ailleurs, seuls les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention ont été figurés. Les figures 1 et 2 présentent un mode particulier de réalisation d'un dispositif de moulage utilisant un noyau monobloc 1 pour la mise en oeuvre du procédé de moulage d'une culasse de moteur diesel à combustion interne de type à quatre cylindres en ligne et quatre soupapes par cylindre. La figure 1 présente plus particulièrement un moule vu 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. Le noyau monobloc 1 comporte quatre parties identiques 4 régulièrement espacées, disposées dans un mme alignement, et définissant les quatre chambres de combustion de la culasse à mouler. Le noyau monobloc 1 intègre dans la partie supérieure des chambres de combustion 4 deux bras 2 et deux bras 3 définissant respectivement les deux conduits d'admission et les deux conduits d'échappement de la culasse à mouler. La figure 2 présente une section du moule de la figure 1 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 1, venant fermer le moule pour définir l'épaisseur des parois de la culasse à mouler et le volume de la chambre d'huile. L'élément de moule supérieur 13 comporte des cavités recevant les extrémités libres des bras 2 et 3 pour immobiliser ces derniers en position lorsque le moule supérieur 13 est fermé. Des orifices de remplissage, non représentés sur les figures, sont ménagés à travers l'élément de moule supérieur 13 pour permettre l'opération de coulée. Conformément à la figure 2, le noyau monobloc 1 repose sur la semelle 10 du moule et est prisonnier latéralement des éléments de moule latéraux mobiles 11 et 12, ces derniers venant au contact du noyau monobloc 1 et présentant une partie inférieure réalisant partiellement la face inférieure de la culasse. Le noyau monobloc 1 comporte au niveau de la partie centrale de chaque chambre de combustion 4, un trou 4a traversant verticalement le noyau monobloc 1 et présentant une forme adaptée pour servir de logement de réception à un élément moulant 6 métallique, ce dernier étant rapporté à l'intérieur du trou 4a lors de la mise en place du noyau monobloc 1 dans le moule. L'élément moulant 6 métallique possède une section transversale sensiblement en forme de croix venant s'étendre entre les bras 2 et 3 dans la zone centrale de la chambre de combustion 4 et présente une extrémité longitudinale s'insérant dans un trou 10a de la semelle 10,1'autre extrémité de l'élément moulant 6 venant en affleurement avec la face supérieure des chambres de combustion 4. La semelle 10 comporte localement, au niveau de chaque trou 10a une circulation de fluide réfrigéré, non représentée sur les figures, permettant d'abaisser par conduction la température de l'élément moulant 6. Le noyau monobloc tel que représenté sur les figures 1 et 2 peut tre réalisé de façon connue dans une boîte à noyau avec du sable comprimé et aggloméré avec un liant. Dans une variante de réalisation, le noyau monobloc 1 peut avantageusement tre réalisé dans une boîte à noyau intégrant directement les éléments moulant 6 de manière à ce que le noyau monobloc 1 soit surmoulé sur les éléments moulant 6. Ce mode de réalisation présente l'avantage de faciliter la mise en place du noyau monobloc 1 dans le moule, ce dernier ne formant plus qu'une seule pièce avec les différents éléments moulant 6. Conformément à la description qui précède et aux figures 1 et 2, 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 des éléments moulant 6 et 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 mise en circulation du fluide réfrigéré dans la semelle 10, -réalisation d'une opération de coulée classique ; -démoulage après un certain temps variable suivant le mode de refroidissement choisi. Le procédé de moulage ainsi réalisé permet de refroidir par conduction l'élément moulant 6 et donc d'augmenter la vitesse de refroidissement de la zone centrale de la chambre de combustion 4 afin d'avoir des caractéristiques mécaniques renforcées, compatibles avec les exigences d'un moteur diesel, tout en conservant les avantages liés à l'utilisation d'un noyau monobloc 1 en sable. Ainsi un tel procédé et son dispositif de mise en oeuvre permet de concilier les avantages de l'utilisation d'un noyau monobloc en sable, permettant d'obtenir un raccord entre les conduits et la chambre de combustion dont l'aérodynamique est optimisée, ainsi qu'un faible coût et une simplicité de démoulage, tout en permettant un refroidissement accéléré de la zone la plus sollicitée dans la chambre de combustion afin d'avoir des caractéristiques mécaniques de cette dernière renforcées. Bien entendu, 1'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Au contraire, 1'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. Ainsi, le procédé de moulage peut tre utilisé dans d'autres types de moules tels que des moules à coulée sous pression ou squeeze-casting ou des moules à sable (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 aux parties évidées de la culasse telles que les chambres de combustion, les conduits d'admission, d'échappement et les chambres d'eau ou d'huile, et renfermant notamment un noyau monobloc (1) intégrant les formes définissant à la fois les chambres de combustion (4) et les conduits d'admission (2), caractérisé en ce que ledit noyau monobloc (1) comporte un élément moulant (6) refroidi venant mouler partiellement la chambre de combustion (4). [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) et en ce que ledit élément moulant (6) refroidi s'étend au centre de la forme définissant la chambre de combustion (4), entre les formes définissant les conduits d'admission (2) et 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 ledit élément moulant (6) est refroidi par conduction à travers la semelle (10) du moule, ladite semelle (10) comportant, à proximité de la zone de contact avec ledit élément moulant (6), une circulation de fluide de refroidissement [4] Procédé de réalisation par moulage d'une culasse de moteur à combustion interne selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite semelle (10) comporte une cavité (lOa) de réception d'une partie de l'élément moulant (6). [5] Dispositif de moulage pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, renfermant des noyaux non fusibles correspondants respectivement aux parties évidées de la culasse et renfermant notamment un noyau monobloc (1) intégrant les formes définissant à la fois les chambres de combustion (4) et les conduits d'admission (2), caractérisé en ce que ledit noyau monobloc (1) comporte, au niveau de la chambre de combustion (4), un logement (4a) adapté pour recevoir un élément moulant (6) refroidi. [6] Dispositif de moulage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit élément moulant (6) est une pièce métallique s'insérant partiellement dans un trou (l0a) de la semelle (10) du moule et partiellement dans le logement (4a) du noyau monobloc (1), ladite semelle (10) du moule étant refroidie à proximité du trou (4a) par une circulation de fluide. [7] Dispositif de moulage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'élément moulant (6) possède une section transversale sensiblement en forme de croix s'étendant entre les formes définissant les conduits d'admission (2) et d'échappement (3). [8] Noyau monobloc (1) en sable pour la réalisation par moulage d'une culasse de moteur à combustion interne intégrant les formes définissant à la fois les chambres de combustion (2) et les conduits d'admission (3), caractérisé en ce que ledit noyau (1) comporte, au niveau de la forme définissant la chambre de combustion (4), un trou (4a) servant de logement à un élément moulant (6) métallique refroidie par conduction. [9] Noyau monobloc (1) en sable selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit élément métallique (6) est intégré directement lors du procédé de fabrication dudit noyau monobloc (1) dans une boîte à noyau (1) au moyen de sable comprimé et aggloméré avec un liant tel que de la résine.