Brevet FR2904052A1 — publié le 20080125

La présente invention concerne une culasse pour moteur à combustion interne. Les culasses des moteurs à combustion interne sont généralement réalisées en alliage d'aluminium. Dans les moteurs à combustion interne actuels, en particulier dans les moteurs diesel turbocompressés à injection directe dont la puissance peut atteindre 80 kW par litre de cylindrée, la face de la culasse adjacente à la chambre de combustion est sollicitée par des pressions pouvant atteindre 200 bars engendrant des efforts de flexion considérables auxquelles s'ajoutent des io sollicitations thermiques dues aux fortes températures régnant dans la chambre de combustion. Ces sollicitations mécaniques et thermiques peuvent conduire à la fissuration de la tablature de la culasse, c'est-à-dire la couche d'alliage d'aluminium qui sépare la face adjacente à la chambre de combustion, des 15 conduits d'admission et d'échappement ainsi que des passages pour le liquide de refroidissement qui sont réalisés dans la culasse. Les FR2671310 et 2682899 décrivent des culasses de moteur à combustion interne ayant une résistance améliorée à l'égard des sollicitations précitées. 20 Les solutions décrites dans les documents ci-dessus consistent à réaliser la culasse par coulées successives de deux alliages différents. Cependant ces solutions sont de mise en oeuvre délicate et coûteuse et ne sont pas suffisantes pour éviter la fissuration des culasses des moteurs de forte puissance spécifique prévus dans le futur. 25 Le but de l'invention est de créer une culasse pour moteur à combustion interne, réalisée en alliage d'aluminium ayant une résistance nettement augmentée à l'égard des sollicitations mécaniques et thermiques évoquées plus haut. Ce but est atteint selon l'invention par une culasse caractérisée en ce 30 qu'elle comprend un élément ajouré s'étendant près de la face de la culasse adjacente à la chambre de combustion, cet élément ajouré étant 2904052 2 complètement enrobé par l'alliage d'aluminium de la culasse et étant réalisé dans une matière ayant une résistance à la flexion supérieure à celle dudit alliage d'aluminium. L'élément ajouré ci-dessus renforce notamment à l'égard des efforts de 5 flexion qu'elle subit lors du fonctionnement du moteur, la partie de la culasse appelée tablature qui est adjacente à la chambre de combustion. De préférence, l'élément ajouré est en acier et est constitué par une grille ou un treillis. Cette grille ou treillis s'étend de préférence parallèlement à la face de la io culasse adjacente à la chambre de combustion. Cette grille ou treillis, en acier ou en un autre alliage à haute résistance, est ainsi séparée de ladite face par une épaisseur d'alliage d'aluminium constante. Avantageusement, ledit treillis s'étend sur sensiblement toute la longueur et la largeur de la culasse. is De ce fait, ledit treillis renforce à l'égard des efforts de flexion et thermiques, toute la partie de la culasse qui est adjacente à la chambre de combustion. Avantageusement, ledit treillis s'étend entre les conduits d'admission et d'échappement et les passages pour le liquide de refroidissement réalisés 20 dans la culasse et ladite face adjacente à la chambre de combustion. De préférence, ledit treillis est séparé desdits conduits, passages et de ladite face par une épaisseur d'alliage d'aluminium au moins égale à l'épaisseur dudit treillis. De préférence également, ledit treillis comporte des évidements 25 entourant les conduits d'échappement et d'admission, l'injecteur de carburant et la bougie de préchauffage. Ces évidements du treillis sont séparés desdits conduits, passages et bougie par une épaisseur suffisante d'alliage d'aluminium. Dans une réalisation préférée de l'invention, le treillis est composé de 30 barrettes parallèles s'étendant suivant la longueur de la culasse, de barrettes parallèles s'étendant suivant la largeur de la culasse et de barrettes parallèles s'étendant suivant des diagonales. 2904052 3 Pour augmenter la résistance à la flexion du treillis, les barrettes ont une épaisseur plus faible dans le plan du treillis, que dans une direction perpendiculaire à ce plan. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore 5 tout au long de la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples, non limitatifs : la figure 1 est une vue en coupe transversale d'une culasse comportant un élément ajouré en forme de treillis, - la figure 2 est une vue en plan du treillis, io - la figure 3 est une vue en perspective d'une partie du treillis, la figure 4 est une vue en perspective d'une partie de la culasse dans laquelle le treillis est enrobé, la figure 5 est une vue en coupe du détail A de la figure 4. La figure 1 représente en coupe la culasse 1 d'un moteur à combustion 15 interne, réalisée en alliage d'aluminium, en particulier d'un moteur diesel à injection directe. Cette culasse 1 comprend un élément ajouré 2 s'étendant près de la face 3 de la culasse adjacente à la chambre de combustion. Cet élément ajouré 2 est complètement enrobé par l'alliage d'aluminium de la culasse 1 et est 20 réalisé dans une matière telle que l'acier ayant une résistance à la flexion supérieure à celle de l'alliage d'aluminium constituant la culasse 1. On voit sur les figures 2 et 3 que l'élément ajouré 1 est un treillis qui peut être découpé ou estampé dans une plaque en acier ou être moulé. La figure 1 montre que le treillis 2 s'étend parallèlement à la face 3 de la 25 culasse 1, adjacente à la chambre de combustion et s'étend sur sensiblement toute la longueur et la largeur de la culasse 1. Par ailleurs, le treillis 2 s'étend entre les conduits d'admission 4 et d'échappement 5 et les passages 6, 7, 8 pour le liquide de refroidissement réalisés dans la culasse et la face 3 adjacente à la chambre de combustion. 30 Le treillis 2 est séparé des conduits 4, 5, des passages 6, 7, 8 et de la face 3 par une épaisseur d'alliage d'aluminium au moins égale à l'épaisseur du treillis 2. 2904052 4 Les figures 2 et 4 montrent d'autre part, que le treillis 2 comporte des évidements circulaires 9, 10, 11, 12, 13 destinés à entourer les conduits d'échappement et d'admission, l'injecteur de carburant et la bougie de préchauffage. s Comme montré sur les figures 2 et 3, le treillis est composé de barrettes parallèles 14 s'étendant suivant la longueur de la culasse, de barrettes parallèles 15 s'étendant suivant la largeur de la culasse et de barrettes parallèles 16, 17 s'étendant suivant des diagonales. De plus, les barrettes 14, 15, 16 et 17 ont une épaisseur plus faible dans io le plan du treillis 2 que dans une direction perpendiculaire à ce plan. Cette particularité confère au treillis 2 une importante résistance aux efforts de flexion, malgré le fait que les ajours compris entre les barrettes 14 à 17 représentent une surface supérieure à 90% de la surface totale du treillis 2. Lors de la fabrication de la culasse 1 par coulée sous pression d'alliage is d'aluminium dans une moule, l'alliage en fusion enrobe complètement les barrettes 14 à 17 du treillis 2 et remplit entièrement les ajours c'est-à-dire les espaces compris entre les barrettes. Le treillis 2 en acier renforce à l'égard des efforts de flexion la tablature de la culasse et empêche la fissuration de celle-ci, malgré les fortes 20 sollicitations mécaniques et thermiques qu'elle subit dans le cas d'un moteur dont la puissance peut atteindre 80 KW par litre de cylindrée. Le treillis 2 peut également être réalisé en un autre alliage à haute résistance que l'acier. REVENDICATIONS 1) Culasse (1) pour moteur à combustion interne, réalisée en alliage d'aluminium, caractérisée en ce qu'elle comprend un élément ajouré (2) s'étendant près de la face (3) de la culasse adjacente à la chambre de combustion, cet élément ajouré (2) étant complètement enrobé par l'alliage d'aluminium de la culasse et étant réalisé dans une matière ayant une résistance à la flexion supérieure à celle dudit alliage d'aluminium. 2) Culasse selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément ajouré (2) est en acier. 3) Culasse selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'élément ajouré (2) est un treillis. 4) Culasse selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit treillis (2) s'étend parallèlement à la face (3) de la culasse (1) adjacente à la chambre de combustion. 5) Culasse selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que ledit treillis (2) s'étend sur sensiblement toute la longueur et la largeur de la culasse (1). 6) Culasse selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que ledit treillis (2) s'étend entre les conduits d'admission (4) et d'échappement (5) et les passages (6, 7, 8) pour le liquide de refroidissement réalisés dans la culasse et ladite face (3) adjacente à la chambre de combustion. 7) Culasse selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit treillis (2) est séparé desdits conduits (4, 5), passages (6, 7, 8) et de ladite face (3) par une épaisseur d'alliage d'aluminium au moins égale à l'épaisseur dudit treillis (2). 8) Culasse selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisée en ce que ledit treillis (2) comporte des évidements (9, 10, 11, 12, 13) entourant les conduits d'échappement et d'admission, l'injecteur de carburant et la bougie de préchauffage. 2904052 6 9) Culasse selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisée en ce que le treillis (2) est composé de barrettes parallèles (14) s'étendant suivant la longueur de la culasse, de barrettes parallèles (15) s'étendant suivant la largeur de la culasse et de barrettes parallèles (16, 17) 5 s'étendant suivant des diagonales. 10) Culasse selon la revendication 9, caractérisée en ce que les barrettes (14 à 17) ont une épaisseur plus faible dans le plan du treillis (2), que dans une direction perpendiculaire à ce plan.