Brevet FR2932849A1 — publié le 20091225

CARTER POUR MOTEUR THERMIQUE ET PROCEDE DE REALISATION [0001 La présente invention concerne un carter pour moteur thermique. Elle concerne également un procédé de réalisation d'un tel carter. [0002] L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine du rodage des moteurs thermiques. [0003] De façon classique, un carter pour moteur thermique est creusé d'au moins un fût destiné au coulissement d'un piston. Sous le terme de � fût �, on désignera dans ce qui suit aussi bien les chemises rapportées dans un bloc cylindre du moteur que les cylindres eux-mêmes, lorsqu'ils ne sont pas chemisés. [0004] La tendance actuelle est de roder de plus en plus finement les fûts des io moteurs de manière à rendre la plus courte possible, sinon pratiquement inexistante, la période de rodage des moteurs de véhicules. [0005] La demande de brevet français n° 2 572 978 décrit un tel procédé de rodage comprenant une première étape d'ébauche, ou rodage primaire, lors de laquelle sont mises en oeuvre des pierres de rodage à granulométrie relativement 15 grossière, d'environ 50 �m, permettant de définir exactement la géométrie du fût. [0006] Suit alors une deuxième étape de finition, ou rodage final, réalisée au moyen de pierres de rodage à granulométrie très fine, d'environ 1 à 2 �m, bien inférieure à la granulométrie des pierres utilisées lors de l'étape d'ébauche. Au cours de cette étape de finition, la géométrie du fût n'est pas sensiblement modifiée, 20 l'opération de surfaçage � en plateau � effectuée par les pierres de granulométrie fine consistant à écrêter les stries formées par les pierres à granulométrie plus grossière pendant l'étape d'ébauche. [0007] Lors du surfaçage � en plateau �, le rodoir portant les pierres est animé d'un mouvement de rotation continu et d'un mouvement simultané de descente dans le 25 fût, puis de remontée sur toute la longueur du fût. C'est pourquoi les micro-stries formées sur la surface du métal entre deux passes successives du rodoir se croisent en formant un quadrillage de losanges, ces derniers étant essentiellement destinés à assurer l'étanchéité des futures chambres de combustion, tandis que les micro-stries qui les délimitent assurent une bonne lubrification en permettant le passage d'huile entre les segments du piston et la surface du fût. [0008] Les pierres utilisées en phases d'ébauche et de finition sont constituées, de façon classique, de différents types d'abrasifs, comme des grains de céramique, de carbure de silicium, ou encore de grains de diamant monocouche sur support métallique. [0009] Par ailleurs, les constructeurs automobiles s'efforcent aujourd'hui à réduire les émissions polluantes et à augmenter le rendement des moteurs thermiques afin io d'en améliorer les performances. Diminuer la consommation en huile et les pertes mécaniques par frottement du mouvement du piston dans le cylindre constitue un axe de progrès majeur dans ce domaine. Des études en ce sens ont montré qu'associer des états de surface différents entre le milieu de fût d'une part, et les zones de points morts haut et bas, d'autre part, répond à ces objectifs. 15 [0010] C'est pourquoi, en complément du procédé de rodage connu décrit ci-dessus, il est proposé dans la demande de brevet français n° 2 888 489 de faire suivre immédiatement l'étape d'ébauche d'une étape de semi-finition consistant à réaliser dans une zone de point mort haut et/ou une zone de point mort bas des stries, dites profondes, présentant une profondeur supérieure aux stries formées 20 lors de la phase d'ébauche. Les stries � profondes � sont obtenues au moyen de pierres de granulométrie plus grossière, de l'ordre de 150 lm en moyenne, supérieure à celle des pierres d'ébauche d'environ 50 �m. Elles forment également un quadrillage en losanges. [0011] Cette étape de semi-finition peut être suivie au besoin par l'étape de finition 25 par surfaçage � en plateau � décrite plus haut. [0012] On obtient ainsi un carter pour moteur thermique présentant une meilleure lubrification du fût aux endroits où existent les risques de grippage les plus importants, c'est-à-dire au voisinage des points morts haut et bas, là où la vitesse du piston est la plus faible et donc là où le contact des segments avec la paroi du fût est le plus serré. Il en résulte un bon compromis entre la longévité du moteur et la consommation d'huile. [0013] L'invention a pour but de proposer un carter pour moteur thermique dont la lubrification des zones à forts risques de grippage serait encore améliorée par une circulation d'huile rendue plus facile entre les zones de points morts haut et bas, tout en réduisant les pertes mécaniques dues au frottement des segments du piston contre la paroi du fût. [0014] Ce but est atteint, conformément à l'invention, grâce à un carter pour moteur thermique, comprenant au moins un fût à paroi cylindrique dans lequel un piston est io apte à coulisser, remarquable en ce que ladite paroi cylindrique du fût présente deux réseaux de stries curvilignes s'étendant symétriquement par rapport aux génératrices de la paroi entre une zone de point mort bas du piston et une zone de point mort haut du piston, l'angle d'inclinaison desdites stries curvilignes avec les génératrices de la paroi augmentant continûment de la zone de point mort bas à la is zone de point mort haut. [0015] Selon un mode de réalisation particulier, ledit angle d'inclinaison des stries curvilignes avec les génératrices de la paroi du fût varie continûment d'une valeur sensiblement nulle dans ladite zone de point mort bas jusqu'à une valeur sensiblement égale à 90° dans la zone de point mort haut. 20 [0016] On comprend ainsi que l'orientation générale des stries curvilignes, en moyenne relativement peu inclinée sur les génératrices de la paroi du fût, favorise la remontée d'huile de la zone de point mort bas vers la zone de point mort haut et, inversement, la descente d'huile de la zone de point mort haut vers la zone de point mort bas. Il en résulte une circulation facilitée de l'huile entre les deux zones de 25 point mort conduisant à une réduction de la consommation d'huile, de même que sont réduites les pertes mécaniques par frottement du fait que les stries sont sensiblement orientées dans le sens de déplacement du piston et donc dans celui du mouvement des segments. Par contre, l'inclinaison plus importante des stries curvilignes dans leur portion située à l'extrémité de la zone supérieure de point mort 30 haut présente l'avantage d'éviter à l'huile de pénétrer dans la chambre de combustion. [0017] L'invention concerne également un procédé de réalisation du carter selon l'invention, comprenant une première étape dite d'ébauche destinée à obtenir une paroi de fût de géométrie donnée au moyen de premières pierres de rodage, remarquable en ce que ledit procédé comprend une deuxième étape dite de semi- s finition consistant à réaliser lesdites stries curvilignes au moyen de secondes pierres de rodage en imposant aux secondes pierres de rodage des mouvements de rotation et de translation tels que le rapport de la vitesse de rotation à la vitesse de translation est plus grand dans la zone de point mort haut que dans le zone de point mort bas. io [0018] L'angle d'inclinaison des stries curvilignes sur la paroi due fût est donc déterminé par le rapport entre les vitesses de rotation et de translation du rodoir portant les secondes pierres de rodage. Les variations de ce rapport entre les zones de points morts haut et bas, nécessaires pour réaliser les stries curvilignes, sont de préférence obtenues en faisant varier la vitesse de rotation du rodoir, celle-ci étant is plus élevée dans la zone de point mort haut que dans la zone de point mort bas. [0019] Il faut cependant remarquer que, dans ces conditions, l'usure des secondes pierres de rodage utilisées lors de la phase de semi-finition, en général des pierres à grains d'abrasifs monocouche sur support métallique, est inhomogène, les pierres s'usant plus vite lorsque la vitesse de rotation du rodoir est plus faible, c'est à dire 20 dans la zone de point mort bas, que lorsque la vitesse de rotation est plus élevés, c'est-à-dire dans la zone de point mort haut. Il s'ensuit que les secondes pierres de rodage s'usent davantage dans leur partie basse que dans leur partie haute avec pour conséquence d'altérer la géométrie du fût en générant une conicité indésirable. [0020] Ce défaut de conicité doit être corrigé par la rôdeuse pendant le cycle de 25 rodage à partir de la mesure en trois points du diamètre du fût. Ces corrections entraînent cependant des temps de cycle plus longs. [0021] De plus, afin de garantir la qualité des pièces rodées, il faut prévoir un fréquentiel outil pour définir le changement des pierres avant dégradation de l'état de surface du fût. [0022] C'est pour remédier à cette contrainte que l'invention prévoit que lesdites secondes pierres de rodage sont des pierres à régénération de grains d'abrasifs. Dans ce cas, en effet, le renouvellement des grains assure une usure homogène des pierres quelles que soient les conditions de coupe et une bonne maîtrise de la géométrie des fûts. [0023] D'autre part, les pierres en se régénérant offrent un meilleur pouvoir de coupe engendrant moins d'efforts lors du rodage et donc une moindre usure au niveau du mécanisme de la rôdeuse. [0024] Enfin, il faut également souligner que c'est leur niveau d'usure qui définit le io changement des pierres et non plus un fréquentiel outil déterminé au préalable. On peut donc éventuellement réaliser plus de pièces que prévu tant que les pierres ne sont pas usées, ce qui n'est pas possible avec un fréquentiel outil qui doit être respecté même si les pierres à changer ne sont pas encore usées. [0025] Selon un mode de réalisation de l'invention, lesdites pierres à régénération is de grains d'abrasif sont constituées de particules abrasives dispersées dans un liant vitrifié. [0026] Avantageusement, lesdites particules abrasives sont des grains de diamant. [0027] De même, l'invention prévoit que ledit liant vitrifié est un liant minéral ou un liant organique. 20 [0028] La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment belle peut être réalisée. � La figure 1 est une vue de côté d'une installation de rodage permettant la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. 25 � La figure 2 est une vue en coupe d'un organe de rodage de l'installation de la figure 1. � La figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de l'organe de rodage de la figure 2. � La figure 4 est une vue développée d'un fût destiné à être traité selon le procédé conforme à l'invention. � La figure 5 est une vue développée d'un fût de carter après la mise en oeuvre de l'étape de semi-finition du procédé conforme à l'invention. [0029] Sur la figure 1 est représentée une installation comprenant un ensemble 2 de rodage, encore dénommé rôdeuse. Cet ensemble 2 de rodage comporte un bâti 4 ainsi qu'un organe 6 de rodage, ou rodoir. Ce dernier est fixé de manière habituelle sur une ligne 8 de broche formant un ensemble flottant relié au bâti 4 par l'intermédiaire d'un joint tournant 10. [0030] Le rodoir 6 est animé, d'une part, d'un mouvement de translation, matérialisé par la flèche F1, le long de son axe A, vertical sur la figure 1, et, d'autre part, d'un mouvement de rotation, matérialisé par la flèche F2, autour de l'axe A, ce qui lui confère une possibilité de trajectoire curviligne en général et en hélice en particulier, comme on le verra plus loin. [0031] De plus, le bâti 4 est pourvu d'un siège 12 destiné à la réception d'un carter 14 appartenant à un moteur thermique. Le rodoir 6 est apte à traiter la surface d'un fût 16, non visible sur la figure 1, du carter 14. [0032] Les figures 2 et 3 illustrent, de manière plus précise, le rodoir 6 représenté à la figure 1. Ce dernier comporte des pierres 100 d'un premier type, ainsi que des pierres 200 d'un second type, réparties à la périphérie de l'axe A. Ces pierres sont dénommées premières pierres 100 de rodage et secondes pierres 200 de rodage. [0033] II est par ailleurs prévu des moyens permettant de déplacer radialement, de manière sélective, les différentes pierres 100 et 200 de rodage. Etant donné que ces moyens sont connus en tant que tels, notamment de la demande de brevet français n ° 2 572 978, ils vont être décrits seulement de manière succincte dans ce qui suit. [0034] Ces moyens de déplacement radial comprennent deux tiges de commande coaxiales 181 et 182, aptes à entraîner des cames coniques 201 et 202. Ces dernières coopèrent avec des poussoirs correspondants 221 et 222 qui induisent un déplacement radial des pierres 100 et 200. [0035] Le contrôle du diamètre est mis en oeuvre par un système à fuite d'air, de type classique, représenté sur la figure 3 par une buse 24. De la sorte, la pression est contrôlée, puis convertie en un signal électrique qui indique en temps réel le diamètre de la surface en cours de rodage. [0036] Enfin, le rodoir 6 est pourvu d'un patin 26, notamment en carbure, permettant de guider le rodoir dans le fût. La buse 24 et le patin 26 sont également connus en tant que tels. io [0037] Les premières pierres 100 de rodage sont destinées à être utilisées lors de la phase d'ébauche dont on rappelle qu'elle a pour but de définir la géométrie générale du fût 16, notamment son diamètre. Ces premières pierres 100 présentent une granulométrie comprise entre 10 et 100 �m, de préférence égale à 50 �m. Elles sont constituées de grains d'abrasifs, tels que des grains de diamant, disposés en 15 monocouche sur un support métallique, en fer par exemple. [0038] Les secondes pierres 200 de rodage sont destinées à être utilisées lors la phase de semi-finition qui sera décrite plus loin. Ces secondes pierres présentent une granulométrie plus grossière, comprise entre 100 et 250 �m, de préférence égale à 150 �m. Le rapport de granulométrie entre les secondes pierres 200 et les 20 premières pierres 100 est par exemple compris entre 2 et 10, de préférence égal à 3 environ. [0039] Avantageusement, les secondes pierres 200 de rodage sont des pierres à régénération de grains d'abrasif. On a vu en effet que les pierres de ce type peuvent subir une usure homogène, quelle que soit la vitesse de rotation du rodoir 6, ce qui 25 permet d'assurer, lors de l'étape de semi-finition, le maintien de la géométrie du fût 16, ce qui ne serait pas possible avec des pierres à grains d'abrasif monocouche sur support métallique, sauf à avoir recours à des corrections réalisées au moyen du dispositif de contrôle de diamètre, au prix toutefois d'un allongement des temps de cycle. [0040] Plus spécialement, ces pierres, dites à régénération de grains d'abrasif, sont constituées de particules abrasives dispersées dans un liant vitrifié. Lesdites particules abrasives sont par exemple des grains de diamant, et ledit liant vitrifié un liant minéral ou un liant organique en résinoïde, caoutchouc ou shellac. De telles pierres sont disponibles auprès de la société SERPAC. [0041] La figure 5 montre schématiquement, sous la forme d'une vue développée, une partie du fût 16 du carter 14 pour moteur thermique. Sur cette figure, on a également illustré deux positions d'un piston 28, à l'intérieur du fût 16. La référence PMH est relative la zone du piston dans sa position de point mort haut, alors que la io référence PMB concerne la zone du piston dans sa position de point mort bas. [0042] Le procédé conforme à l'invention comprend une première étape d'ébauche dont une description complète est donnée dans la demande de brevet français n ° 2 884 889. On se contentera ici d'en rappeler l'essentiel. [0043] Tout d'abord, la broche 8 est mise en mouvement à la fois de rotation et de is translation autour de son axe principal A, de manière à diriger le rodoir 6 vers le fût 16 à traiter. Dans le même temps, on déplace les premières pierres 100 radialement vers l'extérieur, par l'intermédiaire des cames correspondantes 201. On approche ces pierres de la surface du fût 16, selon une première vitesse de rotation, dite vitesse d'approche. Puis, lorsque ces premières pierres 100 entrent en contact avec 20 la surface du fût 16, leur vitesse de rotation est abaissée jusqu'à une vitesse dite de travail, nettement inférieure à la vitesse d'approche mentionnée ci-dessus. Ces premières pierres 100 traitent alors l'intégralité de la surface du fût 16, selon un mouvement hélicoïdal, composé d'une rotation autour de l'axe A, et d'une translation selon le même axe, dirigée alternativement vers le bas et le haut du fût 16. 25 [0044] Ce rodage préliminaire par les pierres 100 conduit à la formation de stries qui sont ménagées sur l'intégralité de la paroi du fût 16. [0045] Durant cette phase d'ébauche, le rapport des vitesses de rotation et de translation du rodoir 6 est maintenu constant, ce qui conduit, de manière connue en soi, à la formation de stries présentant un angle d'inclinaison fixe par rapport aux génératrices du fût 16, parallèles à l'axe A, les stries se croisant mutuellement selon un quadrillage en losanges. [0046] A l'issue de cette première opération de rodage, on laisse planer les premières pierres 100 dans le fût 16. Enfin, on les déplace à nouveau radialement vers l'intérieur, de sorte qu'elles retrouvent leur position retirée initiale. [0047] Débute alors une phase de semi-finition qui consiste dans un premier temps à procéder, tout en laissant le rodoir en rotation autour de l'axe A, à un déplacement radial vers l'extérieur, selon une première vitesse, dite vitesse d'approche, des secondes pierres 200 de rodage, grâce aux cames 202. io [0048] Puis, lorsque ces secondes pierres 200 entrent en contact avec la surface du fût 16, leur vitesse de déplacement radial est abaissée jusqu'à une valeur dite de travail, nettement inférieure à la vitesse d'approche évoquée ci-dessus. [0049] Ces secondes pierres 200 induisent alors un rodage complémentaire de la surface du fût 16 qui, comme le montre la figure 5, consiste à réaliser deux réseaux 15 R1, R2 de stries curvilignes C1, C2, symétriques par rapport aux génératrices de la paroi cylindrique du fût 16, lesquelles sont parallèles à l'axe A. [0050] Les stries curvilignes Cl, C2 s'étendent entre la zone PMB de point mort bas du piston 28 et la zone PMH de point mort haut du piston 28 en formant un angle a d'inclinaison avec les génératrices de la paroi qui augmente continûment de 20 la zone PMB de point mort bas à la zone PMH de point mort haut. La figure formée par les deux réseaux R1, R2 des stries C1, C2 est donc constituée d'un quadrillage en losanges curvilignes et non en losanges réguliers, comme les stries réalisées au cours de l'étape préliminaire d'ébauche. [0051] En particulier, ledit angle a d'inclinaison des stries curvilignes Cl, C2 avec 25 les génératrices de la paroi du fût 16 varie continûment d'une valeur ab faible, voire sensiblement nulle, dans ladite zone PMB de point mort bas jusqu'à une valeur ah plus élevée, pouvant approcher 90°, dans la zone PMH de point mort haut. [0052] Les stries curvilignes C1, C2 sont réalisées en imposant au rodoir 6 portant les secondes pierres 200 de rodage des mouvements de rotation et de translation 2932849 lo tels que le rapport de la vitesse de rotation à la vitesse de translation est plus grand dans la zone PMH de point mort haut que dans le zone PMB de point mort bas. [0053] On peut voir sur la figure 5, comme cela a déjà été mentionné plus haut, que cette structure particulière de stries facilite la circulation de l'huile entre les 5 zones PMH et PMB de points morts haut et bas, avec pour avantage une moindre consommation d'huile. Cette même structure permet également de réduire les pertes par frottement mécanique du fait que les stries curvilignes Cl, C2 offre une résistance au mouvement axial du piston 28 moindre que les stries en losanges réguliers à angle d'inclinaison fixe connues de l'état de la technique. io [0054] En pratique, les variations du rapport vitesse de rotation/vitesse de translation sont obtenues en faisant varier la vitesse de rotation du rodoir 6 sans en modifier la vitesse de translation. On comprend alors l'intérêt d'utiliser des secondes pierres 200 à régénération de grains d'abrasif, car, présentant une usure homogène, elles ne risquent pas d'introduire de conicité parasite, contrairement aux is pierres à grains abrasifs monocouche sur support métallique habituellement employées, qui nécessitent des reprises de diamètres allongeant inutilement les temps de cycle. REVENDICATIONS1. Carter (14) pour moteur thermique, comprenant au moins un fût (16) à paroi cylindrique dans lequel un piston (28) est apte à coulisser, caractérisé en ce que ladite paroi cylindrique du fût présente deux réseaux (R,, R2) de stries curvilignes (C,, C2) s'étendant symétriquement par rapport aux génératrices de la paroi entre une zone (PMB) de point mort bas du piston (28) et une zone (PMH) de point mort haut du piston (28), l'angle (a) d'inclinaison desdites stries curvilignes (C,, C2) avec les génératrices de la paroi augmentant continûment de la zone (PMB) de point mort bas à la zone (PMH) de point mort haut. io 2. Carter selon la revendication 1, dans lequel ledit angle (a) d'inclinaison des stries curvilignes (C,, C2) avec les génératrices de la paroi du fût (16) varie continûment d'une valeur (ab) sensiblement nulle dans ladite zone (PMB) de point mort bas jusqu'à une valeur (ah) sensiblement égale à 90° dans la zone (PMH) de point mort haut. 15 3. Procédé de réalisation du carter selon les revendications 1 ou 2, comprenant une première étape dite d'ébauche destinée à obtenir une paroi de fût (16) de géométrie donnée au moyen de premières pierres (100) de rodage, caractérisé en ce que ledit procédé comprend une deuxième étape dite de semi-finition consistant à réaliser lesdites stries curvilignes (C,, C2) au moyen de secondes pierres (200) de rodage 20 en imposant auxdites secondes pierres de rodage des mouvements de rotation et de translation tels que le rapport de la vitesse de rotation à la vitesse de translation est plus grand dans la zone (PMH) de point mort haut que dans le zone (PMB) de point mort bas. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce l'on fait varier le rapport 25 vitesse de rotation/vitesse de translation sans modifier la vitesse de translation. 5. Procédé selon la revendication 3 ou la revendication 4, dans lequel lesdites secondes pierres (200) de rodage sont des pierres à régénération de grains d'abrasif. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel lesdites pierres à régénération de grains d'abrasif sont constituées de particules abrasives dispersées dans un liant vitrifié. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel lesdites particules abrasives sont 5 des grains de diamant. 8. Procédé selon la revendication 6 ou la revendication 7, dans lequel ledit liant vitrifié est un liant minéral ou un liant organique.