Brevet FR2960598A1 — publié le 20111202

CHEMISES SIAMOISEES, CARTER CYLINDRE ET VEHICULE COMPORTANT CES CHEMISES [001 La présente invention concerne des chemises siamoisées autour desquelles 5 un carter cylindre est destiné à être moulé. Elle concerne également un carter cylindre et un véhicule incorporant ces chemises siamoisées. [002] Des chemises siamoisées connues comprennent au moins deux chemises, destinées chacune à recevoir un piston en translation entre un point mort haut et un point mort bas, ces chemises ayant chacune une extrémité supérieure et une 10 extrémité inférieure, et étant assemblées entre elles sans aucun degré de liberté par leur face latérale par au moins un pont supérieur destiné à être en contact avec une culasse, et un pont inférieur espacé du pont supérieur par une fente traversante. [003 Le point mort haut se situe sur l'axe de translation du piston à l'extrémité supérieure de la chemise, il correspond au point le plus haut de la course du piston 15 dans la chemise. Le point mort bas se situe sur l'axe de translation du piston, au point le plus bas de la course du piston dans la chemise. [4] De telles chemises sont décrites dans le brevet US 4903652. [5] Actuellement, un des problèmes rencontrés est la déformation du carter cylindre lorsqu'il est soumis à de hautes températures et de hautes pressions. Cette 20 déformation provoque des fuites et une augmentation de la consommation d'huile, ainsi qu'une cohésion difficile entre les chemises et le carter cylindre. [006 L'invention vise à remédier à au moins l'un de ces problèmes. Elle a donc pour objet des chemises siamoisées dans lesquelles le pont inférieur est situé au niveau du point mort bas et espacé de l'extrémité inférieure par une autre fente 25 traversante apte à recevoir le métal en fusion du carter cylindre lors du moulage de ce carter cylindre autour des chemises siamoisées. [7] Les chemises siamoisées permettent d'assurer une meilleure tenue du carter cylindre car le pont supérieur destiné à être en contact avec la culasse et le pont inférieur situé au niveau du point mort bas permettent de limiter les déformations des 30 chemises sur la trajectoire du piston, entre le point mort haut et le point mort bas. Or, c'est le long de cette trajectoire que les contraintes thermiques et mécaniques sont les plus fortes lors du fonctionnement du moteur. [8] De plus, les fentes traversantes qui se remplissent du matériau constituant le carter cylindre lors du moulage de ce dernier autour des chemises augmentent la 35 surface de contact entre les chemises et le carter cylindre, ce qui permet un meilleur échange thermique et donc un refroidissement du carter cylindre plus rapide. Ceci permet donc d'augmenter la puissance du moteur sans en modifier les dimensions, ou bien de fabriquer des moteurs plus petits tout en gardant la même puissance. Ces fentes assurent également une meilleure cohésion entre les chemises et le carter 40 cylindre, c'est-à-dire, une meilleure tenue mécanique des chemises dans le carter. [009] Les modes de réalisation de ces chemises siamoisées peuvent comporter les caractéristiques suivantes: ^ le pont inférieur se situe entre 50% et 90% de la hauteur L, où 0% correspond à l'extrémité supérieure et L est la hauteur de la chemise; ^ les ponts et les chemises ne forment qu'un seul bloc de la même matière; ^ les chemises sont réalisées dans un alliage comprenant au moins 70% d'aluminium en masse; ^ les chemises ont un revêtement projeté sur leur face intérieure pour réduire le frottement des pistons. [0010] Ces modes de réalisation des chemises siamoisées présentent en outre les avantages suivants: - le fait que l'ensemble des chemises et des ponts ne forme qu'un seul bloc de matière assure une meilleure rigidité et le carter cylindre est donc moins sujet aux déformations; - si les chemises sont réalisées dans un alliage comprenant au moins 70% d'aluminium en masse, le coefficient de dilatation des chemises est proche de celui du matériau du carter cylindre qui est aussi en alliage d'aluminium, ce qui améliore la cohésion entre les chemises et le carter cylindre, et cela permet également un gain d'environ 10% du poids d'un carter cylindre, par rapport à l'utilisation de chemises en fonte. [0011] L'invention a également pour objet un carter cylindre comprenant les chemises siamoisées ci-dessus. [0012] Les modes de réalisation de ce carter cylindre peuvent comporter les caractéristiques suivantes: ^ les chemises sont réalisées dans un matériau ayant un coefficient de dilatation égal à celui du matériau constituant le carter cylindre à plus ou moins 30% près; ^ le carter cylindre est réalisé en alliage d'aluminium comprenant au moins 70% d'aluminium en masse, et les chemises sont réalisées en un matériau ayant un coefficient de dilatation compris entre 15.10-6 et 25.10-6 °C-' [0013] Ces modes de réalisation du carter cylindre présentent en outre les avantages suivants: - réaliser les chemises dans un matériau ayant un coefficient de dilatation égal à celui du matériau constituant le carter cylindre à plus ou moins 30% près, permet d'assurer 35 une meilleure cohésion entre les chemises et le carter cylindre; - réaliser le carter cylindre en alliage d'aluminium comprenant au moins 70% d'aluminium en masse, et réaliser les chemises en un matériau ayant un coefficient de dilatation compris entre 15.10-6 et 25.10-6 °C-', permet d'obtenir des coefficients de dilatation des chemises et du carter cylindre proches, ce qui permet d'assurer une 40 meilleure cohésion de l'ensemble. [0014] Enfin, l'invention a également pour objet un véhicule comprenant le carter cylindre ci-dessus. [0015] Les modes de réalisation de ce véhicule peuvent comporter la caractéristique suivante: ^ le véhicule comporte des pistons montés en translation à l'intérieur des chemises du carter cylindre. [0016] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique et partielle d'un véhicule équipé d'un carter cylindre; - la figure 2 est une vue schématique partielle en coupe d'un cylindre du carter cylindre du véhicule de la figure 1; - la figure 3 est une vue d'ensemble et en perspective des chemises siamoisées 15 du carter cylindre de la figure 1; - la figure 4 est une vue partielle en coupe de chemises siamoisées du carter cylindre de la figure 3. [0017] Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments. 20 [0018] Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détail. [0019] La figure 1 représente un véhicule 2. Par exemple, le véhicule 2 est un véhicule automobile tel qu'une voiture. Le véhicule 2 contient un moteur 4 à combustion interne apte à entraîner en rotation des roues motrices 6 du véhicule 2. 25 Le moteur 4 comporte un carter cylindre 8 à l'intérieur duquel sont ménagés des cylindres du moteur 4, et une culasse 10, formant un couvercle au-dessus du carter cylindre. [0020] Dans ce mode de réalisation, le carter cylindre définit quatre cylindres 12 à 15. Par exemple, ces cylindres sont identiques et seul le cylindre 12 est décrit ci- 30 dessous plus en détail. Ici, ce carter cylindre 8 est réalisé en un alliage qui comprend au moins 70% d'aluminium en masse, et de préférence au moins 80%, voire au moins 90% d'aluminium en masse. [0021] La figure 2 représente plus en détail le cylindre 12 du carter cylindre 8. Ce carter cylindre 8 comprend une face supérieure ou face culasse 20 destinée à venir 35 en contact avec la culasse 10 par l'intermédiaire d'un joint de culasse. Le cylindre 12 débouche dans cette face culasse 20 et s'étend à l'intérieur du carter cylindre le long d'un axe 22. Ici, la section du cylindre 12 est une section circulaire ayant comme axe de symétrie l'axe 22. Le cylindre 12 est destiné à recevoir un piston 24 monté en translation le long de l'axe 22 entre un point mort haut 26 et un point mort bas 28. Le 40 point mort haut 26 se situe sur l'axe 22 à l'extrémité supérieure du cylindre 12. Il correspond au point le plus haut de la course du piston 24 dans le cylindre 12. Lorsque le piston 24 atteint le point mort haut 26, le volume de la chambre de combustion est minimal. Le point mort bas 28 se situe sur l'axe 22, à l'extrémité supérieure du piston 24 lorsqu'il est au plus bas de sa course dans le cylindre 12. Lorsque le piston 24 atteint le point mort bas, le volume de la chambre de combustion est maximal. [0022] Le carter cylindre 8 comporte également des chemises siamoisées qui définissent les flancs latéraux des cylindres 12 à 15. [0023] Sur la figure 2, seule une chemise 40 de cet ensemble de chemises 10 siamoisées a été représenté. Les autres chemises siamoisées sont par exemple identiques. [0024] Chaque chemise présente une extrémité supérieure 41 et une extrémité inférieure 42, opposée à l'extrémité 41. L'extrémité 41 est en contact avec le joint de culasse et se situe dans le même plan que la face culasse 20. 15 [0025] Pour réduire les frottements entre le piston 24 et la chemise 40, un revêtement 43 est projeté sur la face intérieure de cette chemise 40. Par exemple, ce revêtement 43 est celui décrit dans la demande de brevet US 2002/0011243 Al. [0026] La figure 3 représente l'ensemble de quatre chemises siamoisées 40, 44, 46 et 48 qui définissent respectivement les flancs latéraux des cylindres 12 à 15. 20 Ces chemises 40, 44, 46 et 48 sont disposées côte à côte et alignées le long d'un axe horizontal 60 perpendiculaire à l'axe 22. Deux chemises immédiatement consécutives le long de l'axe 60 sont assemblées entre elles sans aucun degré de liberté par leur face latérale extérieure à l'aide d'un pont supérieur 62 et d'un pont inférieur 64. [0027] La face latérale extérieure de chaque chemise est texturée pour améliorer la 25 cohésion de ces chemises à l'intérieur du carter cylindre. Par exemple, ici, la face extérieure de chaque chemise est rainurée. [0028] Ici, les chemises 40, 44, 46 et 48, et les ponts 62 et 64 sont formés dans le même bloc de matière. Par exemple, l'ensemble de chemises siamoisées est réalisé par moulage. 30 [0029] L'ensemble des chemises 40, 44, 46 et 48 est réalisé dans un alliage identique ou proche de celui du carter cylindre 8. Ici, cet ensemble est réalisé dans un alliage d'aluminium, comprenant au moins 70% d'aluminium en masse, et de préférence au moins 80%, voire au moins 90% d'aluminium en masse. Le reste de l'alliage comprend, par exemple, de la silice. La proportion de silice est de préférence 35 supérieure à 10% et inférieure à 25%. [0030] Ici, les chemises 40, 44, 46 et 48 sont réalisées dans un matériau ayant un coefficient de dilatation compris entre 15.10-6 et 25.10-6 °C-'. Ainsi, le coefficient de dilatation thermique des chemises reste proche de celui de l'alliage d'aluminium constituant le carter cylindre 8. On améliore donc la cohésion mécanique entre les 40 chemises et le carter cylindre 8 lors des variations de température. De préférence, le coefficient de dilatation du matériau utilisé pour réaliser les chemises est compris entre 18.10-6 et 23.10-6 °C-' [0031] La figure 4 représente plus en détail les ponts 62 et 64 situés entre les chemises 40 et 44. Sur la figure 4, le revêtement intérieur n'est pas représenté pour simplifier la figure. [0032] Le pont supérieur 62 est situé à l'extrémité supérieure 41 des chemises. Il est en contact avec la culasse 10 par l'intermédiaire du joint de culasse. Le pont inférieur 64 est espacé du pont supérieur 62 par une fente traversante 68 et de l'extrémité inférieure 42 par une autre fente traversante 70. La fente 70 débouche entre les extrémités inférieures 42 des deux chemises 40 et 44. Les fentes 68 et 70 sont destinées à recevoir l'alliage d'aluminium lors du moulage du carter cylindre et permettent une meilleure cohésion entre les chemises siamoisées et le corps du carter cylindre 8. [0033] Le pont 64 est situé au niveau du point mort bas 28. On considère que le pont 64 est au niveau du point mort bas 28 si le point mort bas est compris entre des points 72 et 74. Par « compris entre les points 72 et 74 », on englobe également le cas où le point mort bas 28 est confondu avec le point 72 ou 74. Le point 72 correspond à la projection orthogonale de l'extrémité inférieure de la fente 68 sur l'axe 22. Le point 74 correspond à la projection orthogonale sur l'axe 22 de l'extrémité supérieure de la fente 70. Par exemple, ici, le point mort bas 28 se situe au milieu du segment délimité par les points 72 et 74. [0034] Le pont inférieur 64 se situe entre 50 et 90% de la hauteur L de la chemise 40, où: - L est la hauteur de la chemise entre ses extrémités 41 et 42, et - 0% est l'extrémité supérieure 41. [0035] On considère que le pont 64 se situe entre X et Y% de la hauteur L si l'extrémité inférieure de la fente 68 et l'extrémité supérieure de la fente 70 sont toutes les deux comprises entre X et Y % de la hauteur L. De préférence, le pont inférieur 64 se situe entre 60 et 80% de la hauteur L. [0036] D'autres modes de réalisation sont possibles. Par exemple, un ou plusieurs ponts intermédiaires, situés entre le pont supérieur 62 et le pont inférieur 64 peuvent être prévus. Ces ponts intermédiaires peuvent également se situer entre le pont inférieur 64 et l'extrémité inférieure 42 de la chemise et ainsi diviser la fente 70 en plusieurs fentes. Ces ponts intermédiaires sont séparés des deux ponts 62 et 64 et, éventuellement, entre eux par des fentes traversantes. Ces fentes traversantes, destinées à recevoir le matériau du carter cylindre lors du moulage, permettent une meilleure cohésion de l'ensemble. Dans le cas où un ou plusieurs ponts se situent entre le pont 62 et le pont 64 et un ou plusieurs ponts se situent entre le pont 64 et l'extrémité inférieure 42 de la chemise, il faut alors utiliser les projections orthogonales sur l'axe 22 de l'extrémité inférieure de la fente située juste au-dessus du pont 64 et de l'extrémité supérieure de la fente située juste au-dessous du pont 64 pour savoir si le pont inférieur 64 est au niveau du point mort bas 28. [0037] Si le carter cylindre est dans un matériau autre que celui décrit précédemment, les chemises sont alors réalisées, dans un matériau ayant un coefficient de dilatation égal à celui du matériau constituant le carter à plus ou moins 30% près et, de préférence, à plus ou moins 20% près. [0038] L'enseignement ci-dessus s'applique à des chemises siamoisées pour un carter cylindre qui définit deux, trois ou plus de quatre cylindres. [0039] Les chemises siamoisées peuvent être réalisées dans d'autres matériaux tels 10 que de la fonte. REVENDICATIONS1. Chemises siamoisées autour desquelles un carter cylindre est destiné à être moulé, comprenant au moins deux chemises (40, 44, 46, 48), destinées chacune à recevoir un piston (24) en translation entre un point mort haut (26) et un point mort bas (28), ces chemises: - ayant chacune une extrémité supérieure (41) et une extrémité inférieure (42), et - étant assemblées entre elles sans aucun degré de liberté par leur face latérale par au moins un pont supérieur (62) destiné à être en contact avec une culasse (10), et un pont inférieur (64) espacé du pont supérieur par une fente traversante (68); caractérisées en ce que le pont inférieur (64) est situé au niveau du point mort bas (28) et espacé de l'extrémité inférieure (42) par une autre fente traversante (70) apte à recevoir le métal en fusion du carter cylindre lors du moulage de ce carter cylindre autour des chemises siamoisées. 2. Chemises selon la revendication 1, dans lesquelles chaque chemise (40, 44, 46, 48) s'étend sur une hauteur L et le pont inférieur (64) est situé entre 50% et 90% de la hauteur L, où 0% correspond à l'extrémité supérieure (41). 3. Chemises selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lesquelles les ponts (62, 64) et les chemises (40, 44, 46, 48) ne forment qu'un seul bloc de la même matière. 25 4. Chemises selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lesquelles les chemises (40, 44, 46, 48) sont réalisées dans un alliage comprenant au moins 70% d'aluminium en masse. 5. Chemises selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans 30 lesquelles les chemises (40, 44, 46, 48) ont un revêtement projeté (43) sur leur face intérieure pour réduire le frottement des pistons. 6. Carter cylindre, caractérisé en ce que ce carter cylindre (8) comprend des chemises siamoisées (40, 44, 46, 48) conformes à l'une quelconque des 35 revendications précédentes.20 7. Carter cylindre selon la revendication 6, dans lequel les chemises (40, 44, 46, 48) sont réalisées dans un matériau ayant un coefficient de dilatation égal à celui du matériau constituant le carter cylindre (8) à plus ou moins 30% près. 8. Carter cylindre selon la revendication 6 ou 7, dans lequel le carter cylindre (8) est réalisé en alliage d'aluminium comprenant au moins 70% d'aluminium en masse, et les chemises (40, 44, 46, 48) sont réalisées en un matériau ayant un coefficient de dilatation compris entre 15.10-6 et 25.10-6 °C-' 9. Véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte un carter cylindre (8) conforme à l'une quelconque des revendications 6 à 8. 10. Véhicule selon la revendication 9, dans lequel le véhicule comporte des pistons montés en translation entre le point mort haut (26) et le point mort bas (28) à 15 l'intérieur des chemises (40, 44, 46, 48) du carter cylindre.