Brevet FR2883043A1 — publié le 20060915

Culasse de moteur à combustion interne munie d'insert et moteur associé. La présente invention concerne une culasse de moteur à combustion interne, notamment pour véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement une culasse de moteur à combustion interne pourvue d'une face feu destinée à obturer un cylindre dudit moteur et à former avec un piston du cylindre une chambre de combustion, d'au moins deux orifices formant sièges de soupapes pour l'admission d'air et/ou l'échappement de gaz de combustion, et d'au moins un insert noyé dans la culasse et joignant les orifices. Au niveau de la face feu de la culasse, les zones situées entre les sièges de soupapes, appelées généralement zones inter-sièges ou pontets , sont soumises à de forts gradients de température. En effet, entre les pontets de la culasse et des zones plus éloignées, un important gradient de température s'établit non seulement lors de la mise en marche du moteur thermique, mais également lors de son fonctionnement à chaud, ce qui génère des contraintes thermomécaniques qui sont à l'origine de fissures de fatigue thermique ou criques pouvant engendrer des fissurations de la culasse. En outre, les pontets sont également soumis à des niveaux de température relativement importants, notamment lors de la phase d'échappement du cycle de fonctionnement du moteur thermique, les pontets étant en contact avec des gaz d'échappement à très haute température. Ces niveaux de température élevés entraînent une chute des propriétés mécaniques de la culasse au niveau des pontets. Pour éviter l'apparition de ce type de fissures de fatigue thermique et augmenter la durée de vie de la culasse, on prévoit généralement des inserts qui sont noyés à la coulée au niveau de pontets de la culasse puis usinés en même temps que la face feu et les logements des sièges de soupapes. Entre les inserts et les pontets de la culasse, il n'existe pas de liaison métallurgique ce qui permet la création d'un jeu. Lorsque un pontet est soumis à des niveaux de température importants, ce jeu permet une dilatation du pontet indépendamment du reste de la culasse. Les contraintes au niveau dudit pontet sont ainsi sensiblement réduites. On connaît, par le document EP-B-484 197, un insert se présentant sous la forme d'un cylindre de section elliptique s'étendant suivant un axe sensiblement perpendiculaire à la face feu de la culasse et se raccordant à une collerette circulaire. D'une manière analogue, on connaît par le document FR-A-2 654 775, un insert présentant, selon une section perpendiculaire à la face feu de la culasse, un profil en forme de goutte d'eau. On connaît encore, par le document FR-A-2 736 967, un insert se présentant sous la forme d'une plaque pliée comprenant une première portion disposée sensiblement perpendiculairement à la face feu de la culasse qui est prolongée par une seconde portion parallèle à ladite face feu. Lors d'une montée en température de la culasse, les pontets se dilatent et viennent en contact avec les inserts, engendrant, de par la conception des inserts, des pressions de contact non uniformément réparties sur les inserts pouvant entraîner leur rotation à l'intérieur de la culasse sollicitant mécaniquement certaines portions desdits inserts. Les dilatations et rétractions successives des pontets génèrent ainsi des déformations plastiques au niveau de ces portions. De telles déformations engendrent rapidement la formation de fissures ou criques. La présente invention a donc pour but de résoudre ces inconvénients en proposant une culasse de moteur à combustion interne munie d'insert, particulièrement fiable et économique. A cet effet, la culasse de moteur à combustion interne, notamment pour véhicule automobile, selon l'invention, est pourvue d'une face feu destinée à obturer un cylindre dudit moteur, d'au moins deux orifices ménagés au niveau de la face feu, et d'au moins un insert noyé dans la culasse et joignant les orifices. Selon un aspect de l'invention, l'insert présente, selon une section perpendiculaire à la face feu, un profil en arc de cercle dont la concavité est orientée vers ladite face. Une culasse munie d'un tel insert, présente l'avantage de réduire sensiblement les concentrations de contraintes au niveau de portions de l'insert lors d'une dilatation et lors d'une rétractation des pontets. En effet, lors d'une dilatation d'un pontet, la répartition des pressions de contact entre le pontet et l'insert est sensiblement uniforme le long de l'insert, ce qui permet de réduire fortement les déformations plastiques au cours du temps. En d'autres termes, la conception d'inserts présentant en section droite un profil en arc de cercle permet de limiter nettement l'apparition de fissures au niveau dudit insert et d'augmenter sensiblement la sûreté de fonctionnement de la culasse. Avantageusement, les extrémités de l'insert sont disposées au niveau de la face feu de la culasse. Préférentiellement, l'insert se présente sous la forme d'un demi-cylindre, ce qui permet l'obtention d'un rayon de courbure sensiblement constant au niveau de le surface de contact entre l'insert et la culasse ainsi qu'une répartition uniforme de la pression de contact entre eux. Dans un mode de réalisation, l'insert est constitué par un corps plein. Dans un autre mode de réalisation, l'insert est réalisé par un corps creux. De préférence, l'insert comprend, en outre, des évidements aptes à permettre le passage de matière entre ledit insert et la face feu, lors du moulage de la culasse, de manière à réaliser la fixation dudit insert dans ladite culasse. Avantageusement, l'axe du demi-cylindre est confondu avec une droite joignant les axes des orifices. De préférence, la culasse comprend deux inserts disposés de façon symétrique par rapport à un plan joignant les axes des orifices. Les inserts, selon une vue de la face feu de la culasse, peuvent présenter un profil en arc de cercle dont les concavités sont orientés du côté du plan joignant les axes des orifices. Avantageusement, la culasse est réalisée en alliage d'aluminium, l'insert étant métallique, en alliage d'aluminium ou en acier. L'invention concerne également un moteur à combustion interne, notamment de véhicule automobile, comprenant au moins un cylindre et une culasse pourvue d'une face feu obturant le cylindre et délimitant une chambre de combustion, d'au moins deux orifices rnénagés au niveau de la face feu et débouchant dans la chambre de combustion, et d'au moins un insert noyé dans la culasse et joignant les orifices. L'insert présente, selon une section perpendiculaire à la face feu, un profil en arc de cercle dont la concavité est orientée vers ladite face. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: -la figure 1 représente une vue partielle en coupe de la partie d'une culasse d'un moteur thermique; - la figure 2 est une demi-vue de la face feu d'une culasse selon un premier mode de réalisation de l'invention; -la figure 3 est une vue en perspective d'un insert de la culasse de la figure 2; -la figure 4 est une demi-vue de la face feu d'une culasse selon un second mode de réalisation de l'invention; - la figure 5 est une vue partielle en coupe de la culasse selon l'axe V-V de la figure 2 ou de la figure 4; - la figure 6 est une vue partielle en coupe d'une culasse selon un troisième mode de réalisation de l'invention; -la figure 7 est une demi- vue en coupe de la face feu d'une culasse selon un quatrième mode de réalisation de l'invention; -la figure 8 est une vue partielle en coupe de la culasse selon l'axe VIII-VIII de la figure 7; et -la figure 9 est une vue partielle en coupe d'une culasse selon un cinquième mode de réalisation de l'invention. Sur la figure 1, la culasse référencée 1 dans son ensemble est montée audessus d'un cylindre 2 pourvu d'un alésage 3 à l'intérieur duquel coulisse un piston, non représenté sur la figure. Le piston et la culasse 1 définissent ainsi une chambre 2a de combustion, une face feu la de la culasse 1 étant orientée du côté de ladite chambre 2a. Sur la culasse 1 sont montées deux soupapes, par exemple une soupape 4 d'admission et une soupape 5 d'échappement qui comportent chacune une tête de soupape 4a, 5a montée à l'extrémité d'une tige de soupape 4b, 5b. Les tiges de soupapes 4b, 5b traversent l'épaisseur de la culasse 1 au niveau d'alésages prévus à cet effet (non référencés). Bien entendu, il est possible de monter des manchons de guidage et de coulissement des tiges à l'intérieur desdits alésages. Le mouvement de coulissement des soupapes 4 et 5 est commandé par des moyens non représentés sur la figure 1, par exemple des culbuteurs qui agissent sur des extrémités 4c, 5c des soupapes 4, 5 à l'encontre de ressorts hélicoïdaux de rappel 6, 7. La soupape 4 d'admission est apte à venir en contact par sa tête de soupape 4a avec un orifice 8 d'admission pratiqué dans la face feu la de la culasse 1 et formant siège pour ladite soupape. L'orifice 8 d'admission est relié à un conduit 9 d'admission ménagé dans la culasse 1 par lequel transite un flux d'air frais comprimé illustré par la flèche 10. D'une manière analogue, la soupape 5 d'échappement est apte à venir en contact par sa tête de soupape 5a avec un orifice 11 d'échappement pratiqué dans la face feu la et formant siège pour ladite soupape. L'orifice 11 d'échappement est relié à un conduit d'admission 12 pratiqué au niveau de la face feu la plane, permettant l'échappement des gaz brûlés après la combustion, le flux étant symbolisé par la flèche 13. Comme illustré plus visiblement sur la figure 2, les orifices d'admission et d'échappement 8, 11 sont disposés de part et d'autre d'un plan médian P de la culasse 1. Lesdits orifices 8, 11 délimitent entre eux une zone inter-orifices, ou pontets 14 de matière. En d'autres termes, le pontet 14 est délimité par deux plans tangents aux orifices 8, 11 parallèles entre eux, chacun des plans étant perpendiculaire au plan médian P. A l'intérieur du pontet 14 de matière, sont montés deux inserts 15, 16 noyés dans la culasse 1 lors de son moulage. Les inserts 15, 16, identiques entre eux, sont disposés de façon symétrique par rapport à un plan P' perpendiculaire au plan médian P et passant par les axes des orifices 8, 11. Les inserts 15, 16 se présentent sous la forme d'un demi-cylindre s'étendant suivant un axe sensiblement parallèle à une droite 17 joignant les axes des orifices 8, 11 et contenue dans le plan P'. Les extrémités des demi-cylindres des inserts 15, 16 sont disposées au niveau de la face feu la de la culasse 1. En d'autres termes, lesdites extrémités affleurent avec la face feu la, l'axe du demi-cylindre étant sensiblement situé au niveau de la face feu la. Comme illustré plus visiblement sur les figures 3 et 4, chaque insert 15, 16 présentent, selon une section perpendiculaire à la face feu la, un profil en demi-cercle dont la concavité est orientée vers ladite face feu la. Les inserts 15, 16 sont ici constitués par un corps creux, métallique, par exemple en alliage d'aluminium ou en acier. Sur chaque insert 15, 16, des évidements 19 (figure 3), ici au nombre de deux, sont ménagés dans son épaisseur, de manière à permettre le passage de matière entre ledit insert et la face feu la, lors du moulage de la culasse 1, pour réaliser la fixation de l'insert dans la culasse 1. Un des évidements 19 est ici pratiqué au niveau d'une surface de contact avec la face feu la, l'autre évidemment 19 étant décalé vers l'intérieur de la culasse par rapport à la face feu la et situé au voisinage du premier évidement. La variante de réalisation illustrée sur la figure 4 diffère en ce que les inserts 15, 16 sont disposés symétriquement en arc de cercle par rapport au plan P', les concavités desdits arcs étant orientées du côté dudit plan P'. D'une manière analogue au mode de réalisation précédent, les inserts 15, 16, comme illustré sur la figure 5, sont constitués de corps creux et présentent, selon une section perpendiculaire à la face feu la, un profil en demi-cercle dont la concavité est orientée vers la face feu la. Avantageusement, les inserts 15, 16 peuvent être obtenus à partir d'un flanc de tôle d'épaisseur constante et formé par découpe et roulage. L'utilisation d'inserts 15, 16 constitués par des corps creux présente l'avantage de supporter des valeurs de contraintes thermiques et mécaniques particulièrement importantes. Dans une variante de réalisation illustrée à la figure 6, les inserts 15, 16 sont constitués par un corps plein. Bien entendu, une telle conception peut être envisagée non seulement pour des inserts se présentant sous la forme de deux demi-cylindres s'étendant respectivement suivant un axe sensiblement parallèle à la droite 17 joignant les axes des orifices 8, 11, tel que représenté sur la figure 2, mais également pour des inserts se présentant sous la forme de demi-cylindres disposés symétriquement en arc de cercle par rapport au plan P', comme illustré sur la figure 4. L'utilisation de tels inserts permet notamment d'obtenir des inserts particulièrement faciles à fabriquer. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 7, un unique insert 18 est monté noyé dans la culasse 1 au niveau du pontet 14 de matière. L'insert 18, d'une manière analogue aux modes de réalisation précédents, se présente sous la forme d'un demi-cylindre. L'insert 18 s'étend ici suivant la droite 17 joignant les axes des orifices 8, 11, l'axe du demicylindre étant confondu avec ladite droite. Le rayon dudit demi-cylindre peut être sensiblement agrandi par rapport aux rayons des inserts des modes de réalisation précédents. Bien entendu, l'insert 18 peut être constitué par un corps creux ou un corps plein (figures 8 et 9). Les modes de réalisation illustrés ne sont nullement limitatifs. Il est bien entendu envisageable d'utiliser de tels inserts entre deux orifices d'admission, ou entre deux orifices d'échappement, ou entre un orifice d'admission et un orifice d'échappement, ou encore entre un orifice d'échappement ou d'admission et un orifice débouchant dans une préchambre de combustion intégrée à la culasse. La présente invention peut s'appliquer plus généralement entre deux orifices de la face feu, pouvant par exemple intégrer le trou d'une bougie et/ou le puit d'injecteur. La présente invention perrnet ainsi l'obtention d'un insert favorisant une répartition uniforme et symétrique des pressions de contact entre l'insert et la culasse, lors d'une dilation de la culasse due notamment aux températures élevées des gaz d'échappement, ce qui augmente la fiabilité de fonctionnement de ladite culasse et sa durée de vie. REVENDICATIONS 1/ Culasse de moteur à combustion interne, notamment pour véhicule automobile, pourvue d'une face feu (la) destinée à obturer un cylindre dudit moteur, d'au moins deux orifices (8, 11), et d'au moins un insert (15) noyé dans la culasse et joignant les orifices, caractérisée en ce que l'insert présente, selon une section perpendiculaire à la face feu, un profil en arc de cercle dont la concavité est orientée vers ladite face (la). 2/ Culasse selon la revendication 1, caractérisée en ce que les extrémités de l'insert (15) sont disposées au niveau de la face feu (la) de la culasse. 3/ Culasse selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'insert (15) se présente sous la forme d'un demi-cylindre. 4/ Culasse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'insert est constitué par un corps plein. 5/ Culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'insert est constitué par un corps creux. 6/ Culasse selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'insert comprend, en outre, des évidements (19) aptes à permettre le passage de matière entre ledit insert et la face feu, lors du moulage de la culasse, de manière à réaliser la fixation dudit insert dans ladite culasse. 7/ Culasse selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée en ce que l'axe du demi-cylindre est confondu avec une droite (17) joignant les axes des orifices. 8/. Culasse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les deux orifices (8, 11) forment les sièges de soupapes pour l'admission d'air et/ou l'échappement de gaz de combustion. 9/ Culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend deux inserts (15, 16) disposés de façon symétrique par rapport à plan (P') joignant les axes des orifices. 10/ Culasse selon la revendication 9, caractérisée en ce que les inserts présentent, selon une vue de la face feu de la culasse, un profil en arc de cercle dont les concavités sont orientés du côté du plan (P') joignant les axes des orifices. 11/ Moteur à combustion interne, notamment de véhicule automobile, comprenant au moins un cylindre et une culasse pourvue d'une face feu (la) obturant le cylindre et délimitant une chambre de combustion, d'au moins deux orifices (8, 11) ménagés au niveau de la face feu, et d'au moins un insert (15) noyé dans la culasse et joignant les orifices, caractérisé en ce que l'insert présente selon une section perpendiculaire à la face feu, un profil en arc de cercle dont la concavité est orientée vers ladite face (la).