Brevet FR2945463A1 — publié le 20101119

Procédé de fabrication par coulée d'une culasse de moteur thermique [000l] La présente invention concerne un procédé de fabrication, par coulée de métal, d'une culasse d'un moteur thermique. [0002] La culasse d'un moteur thermique est une pièce complexe, en fonte ou en aluminium, comportant le plus souvent les conduits d'admission, les conduits d'échappement et des chambres d'eau dans lesquelles peut circuler un fluide de refroidissement (fluide caloporteur). [0003] Les culasses sont soumises à de fortes contraintes mécaniques et thermiques. Elles sont donc soigneusement refroidies par de larges chambres de fluide caloporteur (appelées chambres d'eau) qui doivent entourées au plus près les chambres de combustion et les conduits d'échappement. La circulation du fluide caloporteur (ci-après désigné par � eau � pour simplifier) doit être définie pour offrir le meilleur refroidissement possible au plus près des chambres de combustion. Un soin tout particulier est apporté à la forme des conduits, notamment les conduits d'admission, la section de passage des conduits devant restée constante pour obtenir une bonne circulation des fluides (air frais, gaz d'échappement). [0004] . La culasse brute est obtenue en fonderie, généralement suivant le procédé dit de � coulée gravité coquille �, par coulée de métal (fonte ou aluminium) dans un moule composé d'un cadre métallique et d'un assemblage de noyaux de sable. Le métal en fusion remplit les espaces laissés libres entre le cadre métallique et les différents noyaux de sable. [0005] Les problèmes posés et résolus, au moins en partie, par la présente invention sont illustrés à l'aide des figures 1 à 6 qui montrent l'art antérieur. [0006] La figure 1 représente une partie 10 du noyau eau, un noyau échappement 12 et un noyau admission 14. Les noyaux échappement 12 et admission 14 sont placés dans des logements respectivement 16 et 18. Les noyaux sont en sable. Le trou 20 est destiné à être rempli de métal dans lequel sera percé un logement pour une bougie de préchauffage (l'exemple décrit concernant une culasse de moteur Diesel). [0007] Le noyau eau complet 22 est représenté sur la figure 4. Le noyau comporte les logements 16 et 18 des conduits respectivement échappement 12 et admission 14. Les trous 24 seront, au moment de la coulée, remplis de métal qui sera par la suite percé pour former des puits d'injecteurs. Les trous 26 préfigurent les emplacements pour les piliers de vis de culasse. Les protubérances 28 sont des portées de noyaux dont la fonction est d'éviter que le noyau eau ne se soulève lors de la coulée du métal dans le moule. [000s] Le fluide caloporteur (pour simplifier on désignera par la suite ce fluide par de l'eau) arrive dans la culasse selon la flèche 30, circule dans la culasse (donc dans le noyau eau 22) selon le sens de la flèche 32 et sort de la culasse comme indiqué par la flèche 34. [0009] Les noyaux échappement 12 et admission 14 sont insérés dans les logements respectivement 16 et 18. Ces noyaux sont principalement en sable et donc relativement fragiles. Comme indiqué précédemment, il est important que les noyaux 12 et 14 ne soient pas déformés, notamment que leur diamètre extérieur ne soit pas diminué, Ces plats constitueront une entrave à la circulation des gaz d'échappement. Il en résulte une diminution du débit d'air. [ooio] De plus, afin de pouvoir introduire aisément les noyaux échappement et admission, il est nécessaire que les logements 16 et 18 soient assez grands. Il en résulte une ouverture 42 (figure 3) importante des logements de conduits dans le noyau eau 12 et donc une épaisseur de matière élevée au dépend de la masse de la culasse. [0011] Les figures 5 et 6 représentent respectivement une vue de dessus du noyau eau (figure 5) et une vue de coté (figure 6 - coupe selon A de la figure 5). Ces figures 5 et 6 illustrent un cas où il a été nécessaire de faire un plat 46 sur le conduit d'admission 48, et donc de le déformer, de façon à permettre une circulation d'eau suffisante pour obtenir un refroidissement correct de l'injecteur dont l'emplacement est figuré par le trou 50. La partie métallique de la culasse est indiquée par la référence 54. Le plat 46 permet une circulation suffisante de l'eau par le passage 52, mais au détriment du débit d'air dans le conduit d'admission. [0012] La présente invention concerne un procédé qui ne présente pas, ou de façon atténuée, au moins l'un des inconvénients de l'art antérieur. [0013] De façon plus précise, l'invention concerne un procédé de fabrication par coulée d'une culasse de moteur thermique refroidie par un fluide caloporteur, selon lequel des noyaux sont placés dans un moule, notamment un noyau eau comprenant des logements destinés à recevoir des noyaux de conduits. Selon ledit procédé, le noyau eau est réalisé en deux noyaux, un noyau inférieur et un noyau supérieur, lesdits noyaux de conduits étant remmoulés dans lesdits logements du noyau inférieur, le noyau supérieur étant ensuite remmoulé sur le noyau inférieur et sur les noyaux de conduits. [0014] Dans une variante, lesdits noyaux de conduits sont remmoulés de haut en bas, sensiblement verticalement, dans lesdits logements ; [0015] Dans une variante, chacun desdits noyaux inférieur et supérieur comporte une partie de chacun desdits logements, de préférence une moitié de l'un desdits logements. [0016] Dans une variante, la séparation entre les noyaux inférieur et supérieur crée au moment de la coulée une nervure qui renforce la rigidité mécanique de la culasse. [0017] Dans une variante, des perçages sont percés dans les noyaux inférieur et supérieur de façon à réaliser des passages pour la circulation de fluide caloporteur entre les parties inférieure et supérieure de la culasse. [0018] Dans une variante, les caractéristiques desdits perçages sont dimensionnés pour que les passages permettent le débit de liquide caloporteur souhaité entre les parties inférieure et supérieure de la culasse. Par dimensionnement, on entend le nombre de perçages, leur répartition et leurs diamètres. [0019] Dans une variante, les conduits desdits noyaux de conduits destinés à être posés dans lesdits logements sont des conduits qui subissent une forte élévation de température, par exemple les conduits d'échappement. [0020] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés et sur lesquels : • les figures 1 à 6 illustrent l'art antérieur et ses inconvénients, • les figures 7 et 8 illustrent le procédé selon l'invention, et • les figures 9 et 10 montrent un avantage de l'invention, à savoir la possibilité d'obtenir une nervure de renforcement de la culasse. [0021] Selon l'invention, le noyau eau 61 est constitué d'un noyau eau inférieur 60 et d'un noyau eau supérieur 62 (figure 7), les deux noyaux inférieur et supérieur pouvant être imaginés comme le résultat de couper le noyau eau 22 de la figure 4 en deux parties dans le sens longitudinal. Les noyaux inférieur et supérieur comportent chacun une partie 64 des logements 68 pour le noyau inférieur et une partie 66 pour le noyau supérieur des noyaux échappement 12. Le partage du noyau eau en deux parties permet de pouvoir remmouler (c'est-à-dire assembler avec précision, juste avant la coulée de métal) facilement les noyaux de conduits qui, selon la méthode de l'art antérieur, étaient enfilés dans les logements ce qui conduisait parfois à des déformations des noyaux et/ou desdits logements. [0022] Le noyau supérieur comporte, comme dans le cas de la figure 4, des logements 18 (figure 8) pour les noyaux admission. [0023] Le procédé est illustré sur la figure 8 qui montre les deux noyaux supérieur 62 et inférieur 60, ce dernier comportant la partie 64 des logements 68 de conduits, l'autre partie 66 des logements 68 étant formée dans le noyau supérieur 62. Le noyau inférieur 60 est d'abord déposé dans le moule, puis les noyaux échappement 12 sont remmoulés dans les parties 64 des logements 68. Le noyau supérieur 62 est ensuite remmoulé sur le noyau inférieur 60 et les noyaux 12, les parties 66 venant coiffer les noyaux échappement 12. Les noyaux admission 14 sont ensuite remmoulés dans leurs logements 18. [0024] Les noyaux échappement 12 sont ainsi posés en effectuant un mouvement 5 de haut en bas, de préférence verticalement. [0025] Afin de positionner aisément et de façon certaine les noyaux échappement 12 dans les logements 16, chacune des parties 64 de ces logements 16 constitue de préférence la moitié d'un logement de ces noyaux (comme une demi-coquille), l'autre moitié étant formée par l'autre partie 66 du noyau supérieur. L'invention permet de 10 façonner la forme des logements 68 de la façon souhaitée de sorte que l'eau circule au plus près des parties chaudes de la culasse, ainsi qu'au plus près des injecteurs et des sièges de soupapes, et de limiter les épaisseurs de métal autour des conduits. L'invention permet également d'éviter les déformations des noyaux des conduits et donc une déformation de ces conduits et les contraintes de débit dans ces conduits 15 engendrées par lesdites déformations. [0026] Après coulage de la culasse, les noyaux eau 60 et 62 sont éliminés, formant ainsi des parties creuses inférieure et supérieure dans lesquelles circule l'eau. La circulation d'eau dans la culasse est représentée sur la figure 7 par des flèches. La circulation d'eau entre la partie inférieure et la partie supérieure est représentée par 20 les flèches verticales et est assurée par des perçages 70 dans les noyaux inférieur 60 et supérieur 62 (figure 7). Le nombre, la répartition et le diamètre de ces différents perçages ou passages permet de piloter le débit d'eau passant de la partie inférieure à la partie supérieure, poste à poste, et ainsi permet d'avoir un refroidissement plus homogène de la culasse. 25 [0027] Un autre avantage de la présente invention est d'obtenir un renforcement de la rigidité de la culasse grâce à la formation d'une fine couche de métal (une � nervure � ou � toile �) séparant les deux parties inférieure et supérieure de la culasse. Cette nervure de renforcement, d'épaisseur 5 mm environ, est illustrée sur les figures 9 et 10 qui représentent deux coupes différentes de la culasse. Sur 30 la figure 9, les noyaux eau inférieur 80 et supérieur 82 sont séparés par une nervure 84. Le perçage 86 ou passage entre la partie inférieure et la partie supérieure de la culasse est fermé par une bille d'étanchéité 88. Les puits 90 et 92 sont des passages pour les vis de fixation de la culasse. [0028] Sur la figure 10, le noyau inférieur 80 et le noyau supérieur 82 entourent un logement 94 destiné à recevoir un conduit d'échappement. La nervure de renforcement 84 s'étend sur toute la longueur de la culasse. Cette nervure apporte un gain en termes de tenue mécanique mais également en termes de performance acoustique. [0029] Au vue de la description qui précède, il est apparent que le procédé de l'invention permet d'optimiser le refroidissement de la tablature de la culasse (partie de la culasse qui coiffe le carter cylindres), d'homogénéiser le refroidissement de la culasse ; de remmouler plus facilement, d'optimiser les débits de fluide dans les conduits, d'optimiser les épaisseurs et de la masse de la culasse et enfin de renforcer la culasse par la formation d'une nervure. [0030] D'autres modes de réalisation que ceux décrits et représentés peuvent être conçus par l'homme du métier sans sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication par coulée d'une culasse de moteur thermique refroidie par un fluide caloporteur, selon lequel des noyaux sont placés dans un moule, notamment un noyau eau (61) comprenant des logements (68,) destinés à recevoir des noyaux de conduits (12), le procédé étant caractérisé en ce que ledit noyau eau (61) est réalisé en deux noyaux, un noyau inférieur (60) et un noyau supérieur (62), lesdits noyaux de conduits (12) étant remmoulés dans lesdits logements (68) du noyau inférieur, le noyau supérieur (62) étant ensuite remmoulé sur le noyau inférieur (60) et sur les noyaux de conduits (12). 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits noyaux de conduits (12) sont remmoulés de haut en bas, sensiblement verticalement, dans lesdits logements(68). 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que chacun desdits noyaux inférieur et supérieur comporte une partie (64, 66) de chacun 15 desdits logements. 4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que chacun desdits noyaux inférieur et supérieur comporte une moitié de l'un desdits logements. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la séparation entre les noyaux inférieur et supérieur crée au moment de la coulée une 20 nervure (84) qui renforce la rigidité mécanique de la culasse. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que des perçages (70) sont réalisés dans les noyaux inférieur (60) et supérieur (62) de façon à former des passages pour la circulation de fluide caloporteur entre les parties inférieure et supérieure de la culasse. 25 7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que les caractéristiques desdits perçages (70) sont choisies en fonction du débit de liquide caloporteur souhaité entre les parties inférieure et supérieure de la culasse. 8. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que lesdites caractéristiques comprennent au moins l'une des caractéristiques suivantes : le nombre de trous, la répartition des trous et le diamètre des trous. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que 5 les conduits desdits noyaux de conduits (12) destinés à être posés dans lesdits logements (68) sont des conduits qui subissent une forte élévation de température. 10. Procédé selon la revendication 9 caractérisé en ce que lesdits conduits sont des conduits d'échappement. 10 15 20 25