Brevet FR2823141A1 — publié le 20021011

"Procédé de moulage d'une culasse" L'invention concerne un procédé de moulage d'une culasse de moteur thermique. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de moulage d'une culasse de moteur thermique, notamment pour un véhicule automobile, qui comporte au moins une partie inférieure destinée à coiffer une chambre de combustion du moteur thermique dans laquelle débouchent au moins deux conduits inférieurs d'acheminement des gaz par l'intermédiaire de sièges de soupape associés, qui comporte au moins un pontet qui est réalisé dans un matériau déterminé différent de celui de la culasse et qui est agencé transversalement par rapport aux deux conduits entre les sièges de soupape associés, du type qui comporte au moins une étape de constitution du moule de la culasse, préalable à une étape de coulée de la culasse, au cours de laquelle on agence dans un élément de moule au moins deux noyaux qui sont chacun d'une forme complémentaire d'un conduit d'acheminement associé, et au cours de laquelle on agence le pontet entre les deux noyaux. On connaît de nombreux exemples de procédés de moulage de ce type. Dans la plupart de ces procédés, le pontet, qui présente la forme d'un élément sensiblement longiligne qui est agencé perpendiculairement aux directions des conduits inférieurs d'acheminement des gaz, est mis en place dans l'élément de moule par l'intermédiaire de pattes, venues de matière avec le pontet, qui pénètrent dans au moins un noyau. Ainsi, de manière connue, le pontet comporte des pattes qui sont destinées, lors de l'étape de constitution du moule, à être insérées dans les noyaux des conduits inférieurs d'admission. Dans le cas plus particulier du moulage d'une culasse de moteur diesel pour laquelle la chambre de compression est destinée à être usinée ultérieurement, les pattes peuvent aussi être insérées dans le noyau associé à ladite chambre de compression et elles sont détruites lors de l'usinage ultérieur de la chambre de compression. i L'inconvénient d'une telle conception est que le processus de fabrication de la culasse doit nécessairement comporter une opération d'usinage des pattes, car celles-ci forment des excroissances qui, si elles subsistaient, seraient préjudiciables au bon fonctionnement du moteur. Cette conception grève considérablement le coût d'une telle culasse. De plus, cette opération ultérieure d'usinage des pattes est d'autant plus pénalisante que, le pontet étant destiné à renforcer les sièges de soupape, il est réalisé dans un matériau qui présente des caractéristiques de dureté bien supérieures à celles du matériau de la culasse. Ceci rend l'usinage des pattes délicat et provoque une usure accélérée des outils d'usinage. Pour remédier à cet inconvénient, l'invention propose un procédé de moulage de la culasse permettant l'insertion d'un pontet dépourvu de pattes. Dans ce but, l'invention propose un procédé du type décrit précédemment, caractérisé en ce que le pontet est venu de matière avec deux sièges de soupape renforcés, qui sont réalisés dans le matériau déterminé, et en ce que, au cours de l'étape de constitution du moule préalable à l'étape de coulée de la culasse, on agence l'élément de renfort qui est constitué du pontet et des deux sièges de soupape renforcés dans l'élément de moule autour des noyaux des conduits d'acheminement. Selon d'autres caractéristiques du procédé : - le procédé comporte une étape de constitution des noyaux, préalable à l'étape de constitution du moule, au cours de laquelle on fabrique un noyau commun qui présente une forme qui est complémentaire de deux conduits inférieurs d'acheminement des gaz d'admission et d'un conduit supérieur d'acheminement des gaz d'admission dans lequel les conduits inférieurs d'acheminement des gaz d'admission se rejoignent, et qui est complémentaire de deux conduits inférieurs d'acheminement des gaz d'échappement et d'un conduit supérieur d'acheminement des gaz d'échappement dans lequel les conduits inférieurs d'acheminement des gaz d'échappement se rejoignent, - le noyau commun comporte de surcroît un noyau de forme complémentaire d'une chambre de compression destinée à coiffer la chambre de combustion du moteur, - au moins un élément de renfort est mis en position par rapport au noyau commun au cours de l'étape de constitution des noyaux, - l'étape de constitution des noyaux comporte le moulage du noyau commun d'un seul tenant, le matériau du noyau commun étant moulé de manière à traverser les sièges de soupape renforcés, - au cours de l'étape de coulée de la culasse, on coule le matériau de la culasse dans l'élément de moule de manière que chaque élément de renfort soit noyé dans le matériau de la culasse, - le procédé de moulage comporte, à l'issue de l'étape de coulée de la culasse, au moins une étape de démoulage puis une étape de décochage au cours de laquelle au moins le noyau commun est détruit. L'invention propose aussi une culasse de moteur thermique notamment pour un véhicule automobile, du type qui comporte au moins une partie inférieure destinée à coiffer une chambre de combustion du moteur thermique dans laquelle débouchent deux conduits inférieurs d'acheminement des gaz par l'intermédiaire de sièges de soupape associés, du type qui comporte au moins un pontet qui est réalisé dans un matériau déterminé différent de celui de la culasse et qui est inséré lors de la coulée de la culasse dans le matériau de la culasse transversalement par rapport aux conduits d'acheminement entre les sièges de soupape, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un élément de renfort qui est inséré lors de la coulée de la culasse dans le matériau de la culasse et qui est constitué du pontet et de deux sièges de soupape renforcés qui sont venus de matière avec le pontet et qui sont réalisés dans le matériau déterminé. Selon d'autres caractéristiques de la culasse : chaque siège de soupape présente une forme sensiblement annulaire monobloc, - la culasse comporte une paire de conduits d'acheminement des gaz d'admission se rejoignant en un conduit supérieur d'acheminement des gaz d'admission agencé dans une partie supérieure de la culasse, et une paire de conduits d'acheminement des gaz d'échappement se rejoignant en un conduit supérieur d'acheminement des gaz d'échappement agencé dans une partie supérieure de la culasse, un premier élément de renfort constitué de deux sièges de soupape et d'un pontet est associé à deux conduits opposés, et un second élément de renfort constitué de deux sièges de soupape et d'un pontet est associé aux deux conduits opposés restants, - la culasse comporte une paire de conduits d'acheminement des gaz d'admission se rejoignant en un conduit supérieur d'acheminement des gaz d'admission agencé dans une partie supérieure de la culasse, auxquels est associé un premier élément de renfort constitué de deux sièges de soupape et d'un pontet, et une paire de conduits d'acheminement des gaz d'échappement se rejoignant en un conduit supérieur d'acheminement des gaz d'échappement agencé dans une partie supérieure de la culasse, auxquels est associé un second élément de renfort constitué de deux sièges de soupape et d'un pontet, - chaque pontet affleure dans une chambre de compression de la culasse qui coiffe la chambre de combustion du moteur thermique, - chaque pontet est noyé dans le matériau de la culasse. 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 est une vue en perspective d'un noyau commun utilisé au cours de l'étape de constitution du moule selon l'invention, - la figure 2 est une vue de détail de l'élément de renfort selon l'invention, - la figure 3 est une vue en coupe d'une culasse obtenue par le procédé selon l'invention, par un plan médian passant par les axes d'un conduit d'acheminement des gaz d'admission et d'un conduit des gaz d'échappement. Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des éléments identiques. On a représenté à la figure 3 une culasse 10 de moteur thermique, destinée à équiper un véhicule automobile. De manière connue, la culasse 10 comporte au moins une partie inférieure 12, notamment une surface inférieure plane, qui est destinée à coiffer une chambre 14 de combustion du moteur thermique 16 associé. Sur la figure 3, on a représenté deux conduits inférieurs 18 et 20 d'acheminement des gaz qui débouchent dans la partie inférieure 12 par l'intermédiaire de sièges de soupape 22 et 24 associés. Les sièges 22 et 24 sont destinés à assurer la réception et la fermeture de soupapes 26 et 28 associées. De manière connue, la culasse 10 comporte au moins un premier pontet qui est réalisé dans un matériau déterminé différent de celui de la culasse 10 et qui est agencé transversalement par rapport à deux conduits d'acheminement, entre les sièges de soupape associés. Par exemple, comme l'illustre la figure 3, le premier pontet 34 est agencé entre le siège 24 du conduit 20 d'acheminement des gaz d'admission et le siège 22 du conduit 18 d'acheminement des gaz d'échappement. De manière connue, une telle culasse 10 est obtenue par un procédé de moulage qui comporte au moins une étape de constitution du moule (non représenté) de la culasse 10 préalable à une étape de coulée de la culasse 10, au cours de laquelle on agence dans un élément de moule au moins deux noyaux 38,40 qui sont chacun d'une forme complémentaire d'un conduit d'acheminement 18,20 associé, et au cours de laquelle on agence le premier pontet 34 entre les deux noyaux 38,40. L'élément de moule peut, de manière connue, comporter des noyaux supplémentaires (non représentés) qui sont destinés à former dans la culasse 10 des cavités pour la circulation de fluides essentiels au fonctionnement du moteur tels que de l'huile ou du liquide de refroidissement. Il sera compris que les noyaux 38,40 ne sont pas nécessairement disjoints mais peuvent aussi faire partie d'un noyau commun. Conformément à l'invention, comme l'illustre la figure 1, le premier pontet 34 est venu de matière avec deux sièges 22,24 de soupape renforcés, qui sont réalisés dans le matériau déterminé, et, au cours de l'étape de constitution du moule préalable à l'étape de coulée de la culasse, on agence l'élément 36 de renfort qui est constitué du premier pontet 34 et des deux sièges 22 et 24 de soupape renforcés dans l'élément de moule autour des noyaux 38 et 40 des conduits d'acheminement 18 et 20. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, la culasse 10 est une culasse d'un moteur 10 qui comporte quatre soupapes par cylindre, et qui comporte donc aussi deux conduits 30 et 32 d'acheminement des gaz associés aux deux autres soupapes de la chambre de combustion 14. Les conduits inférieurs 20 et 30 sont dévolus à l'acheminement des gaz d'admission et se rejoignent dans un conduit supérieur commun 31 d'acheminement des gaz d'admission, et les conduits inférieurs 18 et 32 sont dévolus à l'acheminement des gaz d'échappement et se rejoignent dans un conduit supérieur commun 33 d'acheminement des gaz d'échappement. Ainsi, selon un premier mode de réalisation de l'invention qui est représenté à la figure 3, le premier pontet 34 peut être agencé entre le siège 24 du conduit 20 d'acheminement des gaz d'admission et le siège 22 du conduit 18 d'acheminement des gaz d'échappement, et un second pontet peut être agencé entre le siège du conduit 30 d'acheminement des gaz d'admission et le siège du conduit 32 d'acheminement des gaz d'échappement restants. Selon un second mode de réalisation en variante de l'invention (non représenté), le premier pontet peut être agencé entre les sièges des deux conduits d'admission et le second pontet peut être agencé entre les sièges des deux conduits d'échappement. Ainsi, selon le premier mode de réalisation de l'invention, au cours de l'étape de constitution du moule préalable à l'étape de coulée de la culasse, on agence, comme représenté à la figure 1, l'élément 36 de renfort qui est constitué du premier pontet 34 et des deux sièges 22 et 24 de soupape renforcés dans l'élément de moule autour des noyaux 38 et 40 des conduits d'acheminement 18 et 20 opposés, et on agence aussi un second élément 37 de renfort qui est constitué du second pontet 35 et les deux sièges 23 et 25 de soupape renforcés dans l'élément de moule autour des noyaux 44 et 48 des conduits d'acheminement 30 et 32 opposés. D'une façon analogue, selon le second mode de réalisation de l'invention, au cours de l'étape de constitution du moule préalable à l'étape de coulée de la culasse, on agence, comme représenté à la figure 2, un élément de renfort qui est constitué du premier pontet et des deux sièges de soupape renforcés dans l'élément de moule autour des noyaux 40 et 44 des conduits 20 et 30 d'acheminement des gaz d'admission, et on agence aussi un second élément 57 de renfort qui est constitué d'un second pontet 58 entre les deux sièges 22 et 25 de soupape renforcés dans l'élément de moule autour des noyaux 40 et 48 des conduits d'acheminement 18 et 32 des gaz d'échappement Plus particulièrement, comme représenté aux figures 1 et 2, le procédé selon l'invention comporte une étape de constitution des noyaux de la culasse, préalable à l'étape de constitution du moule, au cours de laquelle on fabrique un noyau commun 42 qui présente une forme qui est complémentaire des deux conduits inférieurs 20,30 d'acheminement des gaz d'admission et du conduit supérieur 31 d'acheminement des gaz d'admission dans lequel les conduits inférieurs 20,30 d'acheminement des gaz d'admission se rejoignent, comme décrit précédemment en référence à la figure 3. Le noyau commun 42 est aussi complémentaire des deux conduits inférieurs 18,32 d'acheminement des gaz d'échappement et du conduit supérieur 33 d'acheminement des gaz d'échappement dans lequel les conduits inférieurs d'acheminement des gaz d'échappement se rejoignent comme décrit précédemment en référence à la figure 3. Le noyau commun 42 comporte donc des noyaux 40 et 44 complémentaires des conduits inférieurs 20 et 30 d'acheminement des gaz d'admission, un noyau 46 complémentaire du conduit supérieur 31 d'acheminement des gaz d'admission, des noyaux 38 et 48 complémentaires des conduits inférieurs 18 et 32 d'acheminement des gaz d'échappement, et un noyau 50 complémentaire du conduit supérieur 33 d'acheminement des gaz d'échappement. De surcroît, le noyau commun 42 comporte avantageusement un noyau 52 qui est d'une forme complémentaire d'une chambre de compression 54 de la culasse 10, représentée à la figure 3, qui est destinée à coiffer la chambre 14 de combustion du moteur 16. Le noyau 52 comporte notamment un bossage 53 destiné à former un puits pour une bougie du moteur du véhicule. Il sera compris que cette disposition n'est pas limitative de l'invention. En effet, le noyau commun pourrait être destiné à permettre le moulage d'une culasse 10 ne comportant que deux soupapes par cylindre, et dans ce cas, le noyau ne comporterait qu'un seul noyau complémentaire d'un conduit d'acheminement des gaz d'admission, un noyau complémentaire d'un conduit d'acheminement des gaz d'échappement, et un noyau complémentaire d'une chambre de compression de la culasse 10, l'élément de renfort unique comportant le pontet étant alors nécessairement agencé entre les sièges d'un conduit d'admission et d'un conduit d'échappement opposés. Par ailleurs, le noyau commun 42 comporte avantageusement des points (non représentés) de référence bruts pour son usinage ultérieur, notamment des cotes brutes de moulage qui sont susceptibles d'être utilisées comme points de référence pour un usinage ultérieur. Conformément à l'invention, les éléments 36,37, ou 57 de renfort sont mis en position par rapport au noyau commun 42 au cours de l'étape de constitution des noyaux de la culasse 10. Avantageusement, chaque siège 22,23, 24,25 de soupape présente une forme sensiblement annulaire et monobloc. Chaque siège 22,23, 24,25 présente de ce fait une surface d'appui annulaire régulière respective qui est agencée à la jonction du noyau 38,40, 44,48 du conduit d'acheminement associé et du noyau 52 complémentaire de la forme de la chambre de compression. A cet effet, l'étape de constitution des noyaux de la culasse 10 peut, de manière non limitative de l'invention, comporter le moulage du noyau 42 commun en un seul tenant. Selon cette configuration, le matériau du noyau commun 42 est moulé de manière à traverser les sièges 22,23, 24,25 de soupape renforcés. Le noyau commun est par exemple réalisé de manière conventionnelle à partir d'un sable comportant une résine synthétique vulcanisable. Puis, à l'issue de l'étape de constitution du moule de la culasse, c'est à dire au cours de l'étape de coulée de la culasse, on coule le matériau de la culasse dans l'élément de moule de manière que chaque élément 34,35, 57 de renfort soit noyé dans le matériau de la culasse 10. Selon un mode de réalisation préféré qui a été représenté à la figure 1, les premier et second pontets 34, 35 peuvent épouser suivant toute leur longueur la partie supérieure 56 du noyau 52 qui est complémentaire de la chambre de compression. Le résultat d'une telle configuration est une culasse 10 telle qu'elle est représentée à la figure 3, dont les pontets 35,37 des éléments de renforts 36,37 affleurent dans la chambre de compression. En variante, le premier pontet et le second pontet 57 peuvent être agencés au dessus de la partie supérieure 56 du noyau 52 complémentaire de la chambre de compression avec un jeu"J"déterminé, comme représenté à la figure 2. Ce jeu"J"est destiné, lors de l'étape de coulée de la culasse, à être rempli par le matériau en fusion de la culasse. De ce fait, le résultat d'une telle configuration est une culasse 10 (non représentée) dont les premier et second pontets des éléments de renforts n'affleurent pas dans la chambre de compression, mais sont noyés dans le matériau de la culasse 10. Enfin, à l'issue de l'étape de coulée de la culasse, le procédé de moulage selon l'invention comporte au moins une étape de démoulage de l'élément de moule puis une étape de décochage au cours de laquelle les noyaux de la culasse, et en particulier le noyau commun 42 sont détruits. L'invention permet donc de bénéficier d'une culasse 10 présentant des caractéristiques de rigidité élevées entre ses sièges 22,23, 24,25 de soupape. REVENDICATIONS 1. Procédé de moulage d'une culasse (10) de moteur thermique, notamment pour un véhicule automobile, qui comporte au moins une partie inférieure (12) destinée à coiffer une chambre (14) de combustion du moteur thermique (16) dans laquelle débouchent au moins deux conduits inférieurs (18,20, 30,32) d'acheminement des gaz par l'intermédiaire de sièges (22,23, 24, 25) de soupape associés, qui comporte au moins un pontet (34, 35,58) qui est réalisé dans un matériau déterminé différent de celui de la culasse (10) et qui est agencé transversalement par rapport aux deux conduits (18,20, 30,32) entre les sièges (22, 23,24, 25) de soupape associés, du type qui comporte au moins une étape de constitution du moule de la culasse (10), préalable à une étape de coulée de la culasse (10), au cours de laquelle on agence dans un élément de moule au moins deux noyaux (38,40, 44,48) qui sont chacun d'une forme complémentaire d'un conduit d'acheminement (18,20, 30,32) associé, et au cours de laquelle on agence le pontet (34, 35, 58) entre les deux noyaux (38, 40, 44, 48), caractérisé en ce que le pontet (34, 35, 58) est venu de matière avec deux sièges (22, 23, 24, 25) de soupape renforcés, qui sont réalisés dans le matériau déterminé, et en ce que, au cours de l'étape de constitution du moule préalable à l'étape de coulée de la culasse (12), on agence l'élément de renfort (36,37, 57) qui est constitué du pontet (34,35, 58) et des deux sièges (22,23, 24,25) de soupape renforcés dans l'élément de moule autour des noyaux (38,40, 44,48) des conduits d'acheminement. 2. Procédé de moulage selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de constitution des noyaux, préalable à l'étape de constitution du moule, au cours de laquelle on fabrique un noyau commun (42) qui présente une forme qui est complémentaire de deux conduits inférieurs (20,30) d'acheminement des gaz d'admission et d'un conduit supérieur (31) d'acheminement des gaz d'admission dans lequel les conduits inférieurs (20, 30) d'acheminement des gaz d'admission se rejoignent, et qui est complémentaire de deux conduits inférieurs (18,32) d'acheminement des gaz d'échappement et d'un conduit supérieur (33) d'acheminement des gaz d'échappement dans lequel les conduits inférieurs (18,32) d'acheminement des gaz d'échappement se rejoignent. 3. Procédé de moulage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le noyau commun (42) comporte de surcroît un noyau (52) de forme complémentaire d'une chambre de compression (54) destinée à coiffer la chambre (14) de combustion du moteur (16). 4. Procédé de moulage selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que au moins un élément (36,37, 57) de renfort est mis en position par rapport au noyau commun (42) au cours de l'étape de constitution des noyaux. 5. Procédé de moulage selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'étape de constitution des noyaux comporte le moulage du noyau commun (42) d'un seul tenant, le matériau du noyau commun (42) étant moulé de manière à traverser les sièges (22,23, 24,25) de soupape renforcés. 6. Procédé de moulage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, au cours de l'étape de coulée de la culasse (10), on coule le matériau de la culasse (10) dans l'élément de moule de manière que chaque élément (36,37, 57) de renfort soit noyé dans le matériau de la culasse (10). 7. Procédé de moulage selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte, à l'issue de l'étape de coulée de la culasse (10), au moins une étape de démoulage puis une étape de décochage au cours de laquelle au moins le noyau commun (42) est détruit. 8. Culasse (10) de moteur thermique (16) notamment pour un véhicule automobile, du type qui comporte au moins une partie inférieure (12) destinée à coiffer une chambre (14) de combustion du moteur thermique dans laquelle débouchent deux conduits inférieurs (18,20, 30,32) d'acheminement des gaz par l'intermédiaire de sièges (22,23, 24,25) de soupape associés, du type qui comporte au moins un pontet (34,35) qui est réalisé dans un matériau déterminé différent de celui de la culasse (10) et qui est inséré lors de la coulée de la culasse (10) dans le matériau de la culasse (10) transversalement par rapport aux conduits (18,20, 30,32) d'acheminement entre les sièges (22,23 24,25) de soupape, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un élément (36,37) de renfort qui est inséré lors de la coulée de la culasse (10) dans le matériau de la culasse (10) et qui est constitué du pontet (34,35) et de deux sièges (22,23, 24,25) de soupape renforcés qui sont venus de matière avec le pontet (34, 35) et qui sont réalisés dans le matériau déterminé. 9. Culasse (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que chaque siège (22,23, 24,25) de soupape présente une forme sensiblement annulaire monobloc. 10. Culasse selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle comporte une paire de conduits (20, 30) d'acheminement des gaz d'admission se rejoignant en un conduit supérieur (31) d'acheminement des gaz d'admission agencé dans une partie supérieure de la culasse (10), et une paire de conduits (18,32) d'acheminement des gaz d'échappement se rejoignant en un conduit (33) supérieur d'acheminement des gaz d'échappement agencé dans une partie supérieure de la culasse (10), en ce qu'un premier élément (36) de renfort constitué de deux sièges (22,24) de soupape et d'un pontet (34) est associé à deux conduits (18,20) opposés, et en ce qu'un second élément (37) de renfort constitué de deux sièges (23,25) de soupape et d'un pontet (35) est associé aux deux conduits opposés restants (30,32). 11. Culasse selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comporte une paire de conduits (20,30) d'acheminement des gaz d'admission se rejoignant en un conduit supérieur (31) d'acheminement des gaz d'admission agencé dans une partie supérieure de la culasse (10), auxquels est associé un premier élément de renfort constitué de deux sièges de soupape et d'un pontet, et une paire de conduits (18,32) d'acheminement des gaz d'échappement se rejoignant en un conduit (33) supérieur d'acheminement des gaz d'échappement agencé dans une partie supérieure de la culasse (10), auxquels est associé un second élément (57) de renfort constitué de deux sièges (22,25) de soupape et d'un pontet (58). 12. Culasse selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce chaque pontet (34,35, 58) affleure dans une chambre de compression (54) de la culasse (10) qui coiffe la chambre (14) de combustion du moteur thermique. 13. Culasse selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que chaque pontet (34,35, 58) est noyé dans le matériau de la culasse (10).