Brevet FR2943099A1 — publié le 20100917

INSERT POUR CULASSE DE MOTEUR [000l] La présente invention concerne un insert pour culasse de moteur. Il est aussi proposé une culasse comprenant l'insert et un procédé de fabrication d'une telle culasse. [0002] Les moteurs ont des performances de plus en plus élevées. Ceci implique des forts niveaux de pression de combustion. Les moteurs fonctionnent ainsi à des températures de plus en plus grandes. Les contraintes thermomécaniques générées sont concentrées en de multiples zones du moteur. La culasse notamment sur la face orientée du côté de la chambre dite face flamme et le piston sont deux exemples de pièces du moteur qui subissent de telles contraintes. De telles pièces ont des moyens de refroidissement qui ne sont pas toujours aisés à réaliser. [0003] Ainsi, beaucoup de culasses de moteurs sont réalisées en aluminium suivant un procédé de moulage en coquilles métalliques. Des empreintes métalliques appelées � chapes � permettent d'obtenir toutes les faces extérieures. Les évidements intérieurs des culasses (du type pour la circulation d'eau de refroidissement de la culasse, de l'injecteur, des sièges et des guides de soupapes ainsi que des soupapes) sont réalisés à l'aide de noyaux en sable. Une des difficultés majeures de la réalisation d'un moule de culasse est l'obtention de ces noyaux de sable. Notamment, le noyau d'eau est difficile à obtenir. Le problème est encore plus sensible dans le cas de culasse de moteur à faible cylindrée et à alésage réduit. La réalisation de la circulation d'eau impose alors de réaliser des déformations dans les conduits gazeux, ce qui diminuant la perméabilité des conduits. [0004] Par ailleurs, il existe une tendance au � downsizing � des moteurs c'est-à- dire à la diminution de la cylindrée unitaire pour une augmentation du régime de rotation. Cela entraîne des problèmes d'implantation sur beaucoup de pièces du moteur et plus particulièrement sur la culasse. [0005] Il est de ce fait souhaitable de simplifier la réalisation des culasses en améliorant l'architecture des culasses. [0006 Il est ainsi connu du document JP-A-2006177345 décrit une structure de refroidissement d'une chambre de combustion d'un moteur. [0007] Le document DE-A-10 2004 053 362 décrit un élément d'une chaîne cinématique d'un véhicule automobile avec un contour extérieur et avec un squelette dans en un premier matériau, un deuxième matériau coulé au moins en partie étant agencé dans une cavité que le squelette comprend. [000s] Le document EP-A-O 484 197 décrit aussi un insert métallique disposé à la coulée dans une culasse de moteur à combustion interne, comportant une collerette circulaire rabattue, qui, après usinage des portées des sièges de soupapes, constitue deux arcs distincts joignant ces portées. Le corps de l'insert, disposé dans la zone chaude de la culasse, est un cylindre de section elliptique se raccordant à la collerette circulaire de manière progressive. [0009] Le document FR-A-2 423 288 décrit également une application d'un procédé pour la coulée d'un matériau sur une pièce préfabriquée présentant des qualités particulières, dans lequel le matériau coulé entre en liaison mécanique et/ou matérielle avec la pièce préfabriquée dans la zone de transition en vue d'obtenir des parties hautement sollicitées d'une culasse de moteur à combustion interne ou une culasse fabriquée d'après ce procédé. [ooio] Il est connu du document FR-A-2 697 291 un agencement d'inserts métalliques, composés d'un corps raccordé à un bord plié formant collet, disposés avant la coulée, pour former au moins un joint d'expansion, dans une culasse de moteur à combustion interne comportant plus de deux canaux par cylindre, séparés par des zones soumises à des contraintes thermiques. L'agencement consiste à relier ces inserts entre eux par des languettes ou cloisons, venues de forme avec lesdits inserts pour former une grappe disposée et maintenue dans le moule de la culasse de façon que chacun des inserts élémentaires se trouve implanté, après la coulée, dans l'une des zones de contrainte située entre deux canaux adjacents. [0011] Mais, les dispositifs et procédés décrits dans les documents précédemment cités sont complexes à mettre en oeuvre. [0012] Il existe donc un besoin pour une architecture de culasse qui soit plus simple à mettre en oeuvre. [0013] Pour cela, l'invention propose un insert pour culasse de moteur comprenant un siège de soupapes de moteur et un logement d'organe de moteur. [0014] Dans une variante, l'insert étant obtenu par décolletage ou frittage de poudre. [0015] Dans une variante, le siège de soupapes est un flasque avec un axe central et des alésages autour de l'axe central, les alésages étant adaptés à recevoir les soupapes et le logement étant selon l'axe central. [0016] La présente invention a également pour objet une culasse comprenant un corps comportant une partie évidée et l'insert présenté plus haut, l'insert dans la partie évidée délimitant avec le corps un espace de circulation de liquide de refroidissement. [0017] Dans une variante, l'extrémité du logement d'organe débouche dans un alésage du siège de soupape. [0018] Dans une variante, l'insert comprend un élément de détrompage. [0019] Dans une variante, l'insert est amovible. [0020] L'invention a également pour objet un moteur équipé d'une telle culasse, les soupapes du moteur étant alors supportées par le siège de soupape. [0021] Dans une variante, le moteur comprend en outre au moins une bougie ou un injecteur, la bougie ou l'injecteur étant dans le logement d'organe. [0022] Ce moteur peut avantageusement équiper un véhicule automobile. [0023] La culasse peut être avantageusement obtenue par un procédé comprenant les étapes de moulage du corps de culasse autour d'un noyau de sable pour former une partie évidée dans le corps de culasse, de fourniture de l'insert, et d'insertion de l'insert dans la culasse. [0024] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent : • figure 1, une vue d'un exemple d'insert pour culasse de moteur ; • figure 2, une vue d'un exemple de culasse équipée de moteur et • figure 3, une vue en coupe de la culasse de la figure 2. [0025] II est proposé un insert pour culasse de moteur comprenant un siège de 5 soupapes de moteur et un logement d'organe de moteur. [0026] Un tel insert sert à l'étanchéité les soupapes du moteur. L'insert permet aussi de loger un organe du moteur. L'insert cumule ainsi deux fonctions dans la même pièce. Cela facilite l'intégration de l'insert dans la culasse. L'architecture de culasse obtenue avec l'insert est donc plus aisée à mettre en oeuvre. 10 [0027] Par ailleurs, l'insert peut être intégré dans une partie évidée d'un corps d'une culasse, l'insert délimitant avec le corps un espace de circulation de liquide de refroidissement. Ceci permet de faciliter la fabrication de la culasse. [0028] L'insert est destiné à une culasse 18 de moteur, moteur dont seule une culasse 18 équipée d'organes est représentée sur la figure 2. La culasse 18 est 15 montée sur des cylindres non représentés. Le moteur comprend des soupapes 26. Les soupapes 26 servent à l'admission ou à l'échappement des gaz dans la chambre de combustion des cylindres du moteur et sont guidées par des guides 28 de soupapes. Le moteur comporte aussi un organe 30 de moteur utile pour la combustion. Un organe 30 de moteur peut être une bougie provoquant l'inflammation 20 du mélange gazeux dans des moteurs à allumage commandé. L'organe 30 de moteur peut aussi être un injecteur pour injecter de l'essence dans la chambre de combustion du moteur. [0029] La figure 1 illustre un exemple d'insert 10 pour culasse de moteur. L'insert 10 comprend un siège 12 de soupapes de moteur. Le siège 12 de soupapes reçoit les 25 soupapes 26 en position fermée. L'insert 10 comporte en outre un logement 14 d'organe de moteur. Dans la figure 2, un organe 30 est dans le logement 14 d'organe de moteur. [0030] L'insert servant à la fois de siège de soupapes de moteurs et de logement d'organe de moteur présente l'avantage d'intégrer deux fonctions à la fois. Il n'est ainsi notamment pas utile d'utiliser deux pièces pour réaliser les deux fonctions. L'architecture de culasse ayant un tel insert est plus simple à mettre en oeuvre. [0031] L'insert 10 peut être obtenu par décolletage ou frittage de poudre. L'insert 10 est alors facilement réalisable. En outre, des matières spécifiques peuvent être utilisées. Notamment, l'insert 10 étant soumis à de fortes températures, il est possible de choisir des matériaux et des traitements qui résistent bien à la chaleur. La durée de vie de l'insert 10 peut donc être augmentée. [0032] Selon l'exemple de la figure 1, le siège 12 de soupapes est un flasque avec un axe central appelé X. Le siège 12 de soupapes comprend des alésages 16 autour de l'axe central. Les alésages 16 sont adaptés à recevoir les soupapes en position fermée. Dans la figure 1, le flasque a la forme d'un disque et le siège 12 de soupapes comprend quatre alésages 16. Un tel siège 12 de soupapes peut donc être utilisé pour un cylindre ayant deux soupapes d'admission et deux soupapes d'échappement. De plus, le logement 14 est selon l'axe central X. Une telle configuration est aisée à réaliser. [0033] De retour sur la figure 2, l'extrémité du logement 14 d'organe débouche en sous face du siège 12. Cela permet à l'organe de déboucher par une face du siège opposée à la face par laquelle l'organe est introduit dans l'insert. Ceci facilite le montage de l'organe dans la culasse. [0034] Selon la figure 3, la culasse 18 comprend un corps 20. Le corps 20 comporte une partie 22 évidée. L'insert 10 peut être intégré dans la partie évidée 22. L'insert 10 dans la partie 22 évidée délimite avec le corps 20 un espace 24 de circulation de liquide de refroidissement. Le liquide de refroidissement peut en particulier être de l'eau ou de l'eau additionnée de glycol. Le liquide de refroidissement permet de refroidir le moteur. La culasse 18, l'organe 30 de moteur, les guides 28 de soupapes ainsi que des soupapes 26 sont notamment refroidis par le liquide de refroidissement. [0035] Une telle culasse 18 permet de réaliser aisément l'espace 24 de circulation de liquide de refroidissement. La qualité du refroidissement effectué par le liquide de refroidissement peut ainsi être optimisée. De plus, l'architecture de la culasse 18 est alors plus facile à obtenir .La perméabilité des conduits gazeux se trouve améliorée par l'absence de déformation dans les veines d'air .En outre, une face de l'insert (où débouche l'organe 30) étant en regard de la chambre de combustion, le maximum de contraintes thermomécaniques peut être subi par l'insert 10. Le choix des matériaux pour constituer la culasse 18 peut ainsi être optimisé. Il devient en effet possible d'utiliser des matériaux et des traitements qui résistent bien à la chaleur pour l'insert 10 tandis que des matériaux moins nobles peuvent être employés pour la culasse 18. L'insert étant moins volumineux que la culasse, le coût de fabrication est réduit. La résistance de la culasse 18 dotée de l'insert 10 à la chaleur de la combustion sur la face flamme est ainsi accrue. La durée de vie de la culasse 18 peut ainsi être améliorée. [0036] Pour augmenter encore la durée de vie de la culasse 18, l'insert 10 peut en outre être amovible. En effet, en cas de cassure ou de fissure d'une culasse classique, il est fréquent que la partie détériorée soit la zone en regard de la chambre de combustion. Dans l'architecture de culasse 18 proposée, la fissure ou la cassure risque d'avoir lieu au niveau de l'insert 10. Or, l'insert 10 est plus aisément changeable que l'intégralité de la culasse 18. Ainsi, avec un insert 10 amovible, la culasse 18 a ainsi une meilleure durée de vie en assurant seulement une maintenance de l'insert 10. La maintenance de la culasse 18 est de ce fait simplifiée. [0037] La culasse 18 avec l'architecture proposée peut être aisément obtenue par un procédé de fabrication comprenant plusieurs étapes. [0038] Le corps 20 de culasse est moulé autour d'un noyau de sable pour former une partie 22 évidée dans le corps 20 de culasse. Une telle étape de moulage est facilement réalisable, le noyau de sable pouvant être très massif. Un noyau de sable massif facilite la coulée en permettant un dégazage naturel sans formation de fissure ou de crique. De plus, un noyau de sable massif présente l'avantage de ne pas comporter de zones ou lames fragiles. [0039] Le procédé comprend également une étape de réalisation de l'insert 10, celui-ci peut notamment être obtenu par décolletage ou frittage de poudre. [0040] Le procédé comporte aussi une étape d'insertion de l'insert 10 dans la culasse 18. L'insertion peut être réalisée notamment par frettage ou par collage. De telles techniques ont l'avantage d'être aisées à mettre en oeuvre. Une combinaison de frettage et de collage peut aussi être utilisée afin d'améliorer le maintien de l'insert 10 dans la culasse 18. Les opérations de frettage ou de collage peuvent être en pratique être réalisée par une machine de pose. [0041] Le procédé de fabrication permet ainsi de réaliser facilement une culasse 18 ayant l'architecture proposée avec l'insert 10. En particulier, l'emploi de noyau de sable massif est plus favorable que des noyaux de sables fins qui sont plus cassants. [0042] Pour faciliter l'étape d'insertion, l'insert 10 peut en outre comprendre un élément de détrompage. Un élément de détrompage peut en particulier être une bille ou un doigt d'orientation placé sur l'insert 10. La présence d'un tel élément de détrompage évite une mise en place de l'insert 10 dans la culasse 18 dans une mauvaise position. Il est aussi possible d'envisager un détrompage par la machine de pose. [0043] Le maintien mécanique de la culasse 18 ainsi réalisée peut ensuite être assuré par un dépassement contrôlé de l'insert 10, l'insert 10 venant en appui sur le carter cylindres.15 REVENDICATIONS1. Un insert (10) pour culasse de moteur comprenant un siège (12) de soupapes de moteur et un logement (14) d'organe de moteur. 2. L'insert (10) selon la revendication 1, l'insert (10) étant obtenu par décolletage ou frittage de poudre. 3. L'insert (10) selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel le siège (12) de soupapes est un flasque avec un axe central et des alésages (16) autour de l'axe central, les alésages (16) étant adaptés à recevoir les soupapes et le logement (14) étant selon l'axe central. 4. Une culasse (18) comprenant un corps (20) comportant une partie (22) évidée et l'insert (10) selon l'une des revendications 1 à 3, l'insert (10) dans la partie (22) évidée délimitant avec le corps (20) un espace (24) de circulation de liquide de refroidissement. 5. La culasse (18) selon la revendication 4, dans laquelle l'extrémité du logement (14) d'organe débouche dans un alésage (16) du siège (12) de soupape. 6. La culasse (18) selon l'une des revendications 4 à 5, dans laquelle l'insert (10) comprend un élément de détrompage. 7. La culasse (18) selon l'une des revendications 4 à 6, dans laquelle l'insert (10) est amovible. 8. Un moteur comprenant des soupapes (26), une culasse (18) selon l'une des revendications 4 à 7, les soupapes (26) étant supportées par le siège (12) de soupapes. 9. Le moteur selon la revendication 8, comprenant en outre au moins une bougie ou un injecteur, la bougie ou l'injecteur étant dans le logement (14) d'organe. 10. Procédé de fabrication de la culasse (18) selon l'une des revendications 4 à 7, comprenant les étapes de moulage du corps (20) de culasse autour d'un noyau de sable pour former une partie (22) évidée dans le corps (20) de culasse, de fourniture de l'insert (10), et d'insertion de l'insert (10) dans la culasse (18).5