Brevet FR2813640A1 — publié le 20020308

"Bloc moteur d'un moteur à combustion" L'invention concerne un bloc moteur d'un moteur à combustion. L'invention concerne plus particulièrement un bloc moteur d'un moteur à combustion qui comporte un carter dont la paroi interne d'au moins un cylindre est doublée par une chemise cylindrique. Le bloc moteur est en général réalisé en fonte. C'est la pièce la plus lourde des moteurs à combustion. II est donc important qu'il soit le plus léger possible car cela permet de diminuer la consommation du véhicule. De plus, lorsque le moteur est situé à l'avant du véhicule, plus son poids est élevé plus l'adhérence du train avant est réduite, notamment en cas de freinage d'urgence. Des solutions ont déjà été proposées. Une première solution consiste à remplacer la fonte par de l'aluminium ou un alliage d'aluminium. Une telle substitution permet de réduire le poids du bloc moteur d'environ 30%. Cependant, la résistance de l'aluminium n'est pas suffisante, notamment au niveau des surfaces de frottement. Cette solution nécessite donc de renforcer les cylindres. Une première réalisation consiste à emmancher, ou à insérer lors de la coulée, une chemise en fonte ou en aluminium hypersilicé. Une autre réalisation est obtenue par des dépôts de matière présentant une dureté élevée. Ils sont réalisés par exemple par voie électrolytique par projection thermique de type plasma. Une troisième réalisation consiste, lors de la coulée du bloc moteur, à agencer dans les surfaces des cylindres des inserts en céramique. Ces trois réalisations augmentent fortement les coûts de production du bloc moteur. Une deuxième solution consiste à utiliser du magnésium lors de la coulée du bloc moteur. L'utilisation de ce métal permet de réduire encore le poids du bloc moteur. Cependant, cette solution nécessite, de façon similaire à celle mettant en oeuvre de l'aluminium, de renforcer les parois des cylindres. De plus, le magnésium présente une résistance à chaud qui impose de limiter les efforts, notamment au niveau des paliers des pièces tournantes telles que le vilebrequin. Dans le but de fournir une solution à ces problèmes, l'invention propose un bloc moteur d'un moteur à combustion du type qui comporte un carter qui comprend au moins une chambre cylindrique dont la paroi interne est doublée par une chemise cylindrique et qui comprend une semelle inférieure qui est fixée sur la face inférieure de carter et qui comporte au moins une portion d'un palier de rotation de vilebrequin, et une culasse supérieure qui est fixée sur la face supérieure du carter et qui comprend notamment des moyens d'alimentation du cylindre en carburant et en air, caractérisé en ce que la chemise est réalisée en une seule pièce avec la culasse supérieure. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - la pièce unique est réalisée en aluminium ou en alliage d'aluminium ; - un élément de fixation et de serrage de la pièce unique et de la semelle inférieure sur le bloc moteur est reçue à travers un perçage axial traversant du carter ; - l'élément de fixation et de serrage comporte un goujon associé à au moins un écrou qui est en appui sur la pièce unique et/ou sur la semelle inférieure ; - l'élément de fixation et de serrage comporte une vis dont une extrémité libre filetée coopère avec un taraudage de la pièce unique ou de la semelle inférieure, et dont l'autre extrémité comportant une tête est en appui sur la semelle inférieure ou sur la pièce unique respectivement ; - l'élément de fixation et de serrage comporte une vis dont une extrémité libre filetée coopère avec un écrou qui est en appui sur la pièce unique ou sur la semelle inférieure ; - au moins une chemise est montée serrée dans le cylindre correspondant ; - la paroi cylindrique extérieure d'au moins une chemise comporte au moins une nervure qui, en position assemblée, déforme la paroi cylindrique intérieure de la chambre cylindrique ; - le carter est réalisé en alliage de magnésium ; - la semelle inférieure est réalisée en alliage d'aluminium. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente en perspective éclatée, avant assemblage, un bloc moteur d'un moteur à combustion dont la chemise de renfort est réalisée en une seule pièce avec la culasse supérieure conformément à l'invention ; - la figure 2 représente une section axiale selon la ligne 2- 2 de la figure 1 du bloc moteur après assemblage ; - la figure 3 représente une section transversale partielle, à grande échelle du carter et de la chemise de renfort, selon la ligne 3-3 de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue similaire à celle de 1a figure 2, la section étant réalisée selon la ligne 4-4 de la figure 1. La figure 1 représente un bloc moteur 10 qui est réalisé conformément à l'invention. II se compose principalement d'un carter 12 qui comporte ici quatre chambres cylindriques 14 qui sont chacune délimitée par une paroi 16 de forme générale cylindrique concave. Une semelle inférieure 18 est fixée sur la face inférieure 20 du carter 12. Un palier de rotation 22 d'un vilebrequin (non représenté) est réalisé à l'interface entre le carter 12 et de la semelle inférieure 18. Ainsi, lors de l'assemblage du bloc moteur 10, le vilebrequin est interposé entre le carter 12 et la semelle 18 avant leur fixation. Le bloc moteur 10 comporte aussi une culasse supérieure 24 qui est fixée sur la face supérieure 26 du carter 12. La culasse supérieure 24 comporte des conduits d'admission d'air 28 et d'échappement 30 de façon à alimenter chaque cylindre en air frais et à évacuer les gaz d'échappement respectivement. La circulation dans les conduits d'admission d'air 28 et d'échappement 30 est commandée par des soupapes d'admission 32 et d'échappement 34 respectivement. Des moyens d'alimentation en cârburant, non représentés, sont aussi agencés sur la culasse supérieure 24. Ils permettent d'alimenter les cylindres 14 en carburant. Selon l'invention, des chemises cylindriques 38 de renfort des chambres 14 sont réalisées en une seule pièce 40 avec la culasse supérieure 24. Avantageusement, le carter 12 est réalisé par moulage en magnésium ou en alliage à base de magnésium, et la semelle inférieure 18 et la culasse supérieure 24 sont réalisées en aluminium en alliage à base d'aluminium, notamment en aluminium dur de type hypersilicé. Ainsi, le magnésium plus léger et moins résistant est utilisé pour la structure du bloc moteur 10, et l'aluminium hypersilicé plus résistant est utilisé pour les zones chaudes de combustion et de frottement telles que les chemises cylindriques 38 et les zones soumises à de fortes contraintes telles que le palier 22. Le carter 12, ainsi que la pièce unique 40, sont réalisés par des procédés connus, mettant en oeuvre des techniques connues. Le carter 12 en magnésium peut être coulé sous pression, et la pièce unique 40 peut être coulée sous basse pression dans un moule en sable, ou dans une coquille métallique. L'assemblage du bloc moteur 10 selon l'invention est facilité puisque le montage des chemises cylindriques 38 dans les chambres 14, et de la culasse supérieure 24 sur la face supérieure 26 du carter 12 est réalisée en une seule opération. Cela permet de réduire les coûts de fabrication et d'assemblage du bloc moteur 10. Les chemises cylindriques de renfort 38 sont avantageusement montées serrées à l'intérieur des chambres 14. De façon à assurer le positionnement de la pièce unique 40 par rapport au carter 12 et à éviter le grippage des chemises cylindriques 38 dans les chambres 14, lors de l'assemblage, des nervures axiales 42, représentées en détail à la figure 3, sont formées en relief sur les parois extérieures convexes 39 des chemises cylindriques 38 de renfort qui ont ainsi un aspect cannelé. Le diamètre intérieur D1 de la paroi cylindrique 16, avant l'assemblage du bloc moteur 10, est compris entre le diamètre D2 de fond des nervures et le diamètre D3 de tête des nervures axiales. Ainsi, lors de l'assemblage, les nervures 42 des chemises cylindriques 38, qui sont ici en aluminium hypersilicé, déforment les parois 16 des chambres 14 en magnésium. En effet, l'aluminium hypersilicé présente une dureté supérieure au magnésium. De façon à bloquer les chemises 38 en position par rapport aux chambres 14, une couche de colle peut être déposée sur les parois extérieures des chemises cylindriques 38 et/ou sur les parois intérieures 16 des chambres 14. La colle est par exemple composée de silicone de façon à résister à des températures supérieures à 200 C. L'assemblage final du bloc moteur 10 est réalisé conformément à la figure 4 par des éléments de fixation et de serrage 44 qui sont reçus à travers des perçages axiaux 45 traversant le carter 12. Ainsi la pièce unique 40 et la semelle inférieure 18 enserrent et brident le bloc cylindre 12 en magnésium. Les efforts de traction axiale qui sont dus aux pressions élevées régnant dans les cylindres et qui s'exercent sur les éléments de fixation et de serrage 44, peuvent atteindre des valeurs de l'ordre de 50.000 N. De façon classique, la culasse supérieure 24, le carter 12 et la semelle inférieure 18 sont fixés et serrés entre eux par des éléments de fixation tels que des vis ou des goujons dont une partie filetée est visée avec un taraudage réalisé dans un élément du bloc moteur 10. Or, la résistance des filets des taraudages réalisés directement dans l'élément du bloc moteur 10 est souvent insuffisante. Il est alors nécessaire d'intégrer, par exemple lors de la coulée de l'élément, des inserts taraudés à haute résistance. Une telle réalisation augmente le coût de fabrication du bloc moteur 10. Chaque élément de fixation et de serrage 44 est alors avantageusement constitué d'une vis 46, qui traverse complètement le bloc moteur 10, et d'un écrou 48. Ainsi l'effort de traction axiale est transmis aux éléments de fixation 44 par des surfaces extérieures de la pièce unique 40 et de la semelle inférieure 18. Aucun taraudage ou insert n'est nécessaire. Conformément aux figures 2 et 4, le bloc moteur 10 comporte un circuit de refroidissement 50 qui permet la circulation d'un fluide caloporteur de façon à maintenir la température du bloc 10 à une valeur proche de la température optimale de fonctionnement du moteur. Les températures élevées favorisent le pouvoir corrodant du fluide caloporteur. Les zones les plus chaudes du bloc moteur 10 se situent à proximité des surfaces de feu des segments des pistons, c'est-à-dire à proximité des surfaces en vis-à-vis des segments lorsque le piston est au point mort haut. Avantageusement, le circuit de refroidissement 50 n'est pas en contact avec les chemises cylindriques 38 de façon à limiter la corrosion des surfaces internes du circuit de refroidissement 50. Les chemises cylindriques 38 sont alors appelées chemises sèches. De façon à limiter encore la corrosion, le fluide caloporteur est du type organique présentant une faible sensibilité à l'hydrolyse corrodante du magnésium et une forte stabilité thermique. REVENDICATIONS 1. Bloc moteur (10) d'un moteur à combustion du type qui comporte un carter (12) qui comprend au moins une chambre cylindrique (14) dont la paroi interne est doublée par une chemise cylindrique (38) et qui comprend une semelle inférieure (18) qui est fixée sur la face inférieure (20) de carter (12) et qui comporte au moins une portion d'un palier (22) de rotation de vilebrequin, et une culasse supérieure (24) qui est fixée sur la face supérieure du carter (12) et qui comprend notamment des moyens d'alimentation (28, 30, 32, 34) de la chambre (14) en carburant et en air, caractérisé en ce que la chemise (38) est réalisée en une seule pièce (40) avec la culasse supérieure (24). 2. Bloc moteur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la pièce unique (40) est réalisée en aluminium ou alliage d'aluminium. 3. Bloc moteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un élément (44) de fixation et de serrage de la pièce unique (40) et de la semelle inférieure (18) sur le bloc moteur (10) est reçue à travers un perçage axial (45) traversant du carter (12). 4. Bloc moteur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'élément (44) de fixation et de serrage comporte un goujon associé à au moins un écrou qui est en appui sur la pièce unique (40) et/ou sur la semelle inférieure (18). 5. Bloc moteur (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément de fixation et de serrage comporte une vis (46) dont une extrémité libre filetée coopère avec un taraudage de la pièce unique (40) ou de la semelle inférieure (18), et dont l'autre extrémité comportant une tête est en appui sur la semelle inférieure (18) ou sur la pièce unique (40) respectivement. 6. Bloc moteur (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément (44) de fixation et de serrage comporte une vis (46) dont une extrémité libre filetée coopère avec un écrou (48) qui est en appui sur la pièce unique (40) ou sur la semelle inférieure (18). 7. Bloc moteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une chemise (38) est montée serrée dans le cylindre correspondant. 8. Bloc moteur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la paroi cylindrique extérieure d'au moins une chemise (38) comporte au moins une nervure (42) qui, en position assemblée, déforme la paroi cylindrique intérieure (16) de la chambre cylindrique (14). 9. Bloc moteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé' en ce que le carter (12) est réalisé en alliage de magnésium. 10. Bloc moteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la semelle inférieure (18) est réalisée en alliage d'aluminium.