Brevet FR2960916A1 — publié le 20111209

CULASSE, NOYAU POUR LA FABRICATION DE CETTE CULASSE, PROCEDE DE FABRICATION DE CETTE CULASSE, ET VEHICULE [1] L'invention concerne une culasse pour un moteur à combustion interne. L'invention concerne également un noyau pour la fabrication de cette culasse par moulage. L'invention concerne également un procédé de fabrication de cette culasse par moulage à partir de ce noyau et un véhicule équipé de cette culasse. [2] Des culasses connues du déposant comportent : - un collecteur d'échappement, - un circuit de refroidissement aménagé à l'intérieur de la culasse par liquide caloporteur, ce circuit comprenant : - une chambre concave de refroidissement disposée entre des parois du collecteur d'échappement apte à recueillir des gaz piégés dans le circuit de refroidissement, et - une cavité de sortie de liquide caloporteur apte à collecter le liquide caloporteur circulant dans ce circuit de refroidissement. [5] Par circuit de refroidissement on désigne un réseau de tubulures et/ou de chambres communicantes aptes à conduire un liquide caloporteur en son sein. Par exemple, ce circuit de refroidissement est disposé entre des parois internes et externes de la culasse. Par liquide caloporteur on désigne un liquide apte à transporter la chaleur. Par exemple, un mélange d'eau et d'éthylène glycol est un liquide caloporteur. [6] Il est connu d'intégrer un collecteur d'échappement sur une culasse d'un moteur à combustion interne. Le collecteur d'échappement a pour fonction de collecter les gaz d'échappement produits par différents cylindres du moteur pour ensuite les conduire hors du moteur. Lors de leur compression dans les cylindres du moteur, les gaz d'échappement sont portés à haute température. En conséquence, lorsqu'ils passent par le collecteur d'échappement ces gaz d'échappement tendent à augmenter la température du collecteur d'échappement. Une augmentation de la température du collecteur d'échappement génère des contraintes mécaniques à l'intérieur de la culasse. Des contraintes mécaniques trop importantes exercées sur la culasse sont néfastes pour celle-ci. En effet, ces contraintes peuvent entraîner la rupture mécanique de la culasse. Aussi, le circuit de refroidissement de la culasse permet de limiter ces contraintes mécaniques. Le liquide caloporteur conduit dans le circuit de refroidissement transporte la chaleur de la culasse vers une source thermique plus froide disposée à l'extérieur du moteur (un radiateur refroidissant par exemple) avant que le liquide caloporteur ne soit éventuellement réintroduit dans la culasse. [5] Il est courant que des bulles de gaz soient piégées dans le circuit de refroidissement. Par exemple, ces bulles de gaz sont dissoutes dans le liquide caloporteur et libérées dans le circuit de refroidissement suite à l'ébullition du liquide lorsque celui-ci est porté à haute température. Ces bulles de gaz remontent vers le sommet des tubulures et/ou chambres du circuit de refroidissement, explosent et exercent ainsi une contrainte mécanique sur les parois des tubulures ou chambres. Ces bulles peuvent créer des trous dans les parois de la culasse. En conséquence des fuites de liquide caloporteur peuvent apparaître. Dans ce cas, le refroidissement de la culasse est inéluctablement moins performant et provoque des risques de surchauffe de la culasse. En cas de surchauffe des risques de destruction du moteur existent. [6] Les culasses de l'état de l'art ne possèdent pas de dispositif permettant d'évacuer des gaz recueillis dans cette chambre. [7] L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. [008] [009] L'invention concerne une culasse pour un moteur à combustion interne dans laquelle le circuit de refroidissement comprend une rainure de dégazage reliant fluidiquement un sommet de la chambre de refroidissement à la cavité, cette rainure étant inclinée de manière à ce que les gaz se déplacent de ce sommet vers la cavité de sortie. [0010] L'ajout d'une rainure de dégazage reliant le sommet de la chambre de refroidissement à la cavité de sortie permet de limiter l'accumulation des gaz dans le circuit de refroidissement. [0011] Les modes de réalisation de cette culasse peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - la rainure de dégazage est conformée de manière à ce que dans la position de fonctionnement de la culasse la rainure de dégazage est strictement croissante, et - la rainure de dégazage est conformée de manière à ce que dans la position de fonctionnement de la culasse la rainure de dégazage s'étend horizontalement. [0012] Les modes de réalisation de cette culasse comporte l'avantage de limiter le blocage des bulles de gaz à l'intérieur de la rainure de dégazage. [0013] L'invention concerne également un noyau pour la fabrication d'une culasse, ce noyau comprenant une nervure pour la réalisation de la rainure de dégazage. [0014] L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une culasse par moulage, ce procédé comprenant : - la réalisation d'un noyau pour la culasse conforme à l'une des culasses décrites plus haut, - la disposition de ce noyau dans un moule, et - la coulée d'un matériau de moulage dans ce moule pour réaliser la culasse. [0015] L'invention concerne enfin un véhicule équipé d'une culasse décrite plus haut. [0016] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une illustration partielle en vue de dessus d'un véhicule équipé d'un moteur à combustion interne comportant une culasse, - la figure 2 est une illustration schématique en vue de dessus de la culasse de la figure 1, - la figure 3 est une illustration schématique en vue de dessus d'un noyau pour la fabrication de la culasse de la figure 1 par moulage, - la figure 4 est une vue de côté du noyau de la figure 3, - la figure 5 est une seconde vue de côté du noyau de la figure 3, et - la figure 6 est un organigramme illustrant un procédé de fabrication de la culasse de la figure 1 par moulage à partir du noyau de la figure 3. [0017] Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments. [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. Ce véhicule 2 est équipé d'un moteur thermique 4 à combustion interne. Ce moteur 4 est équipé d'un arbre 6 qui entraîne en rotation des roues motrices 8 et 10 du véhicule 2. [0020] Le moteur 4 comprend un bloc-cylindres 12 comportant des cylindres 14, 16, 18 et 20 apte à recevoir des pistons montés en translation. Le moteur 4 comprend également une culasse 22 disposée sur le bloc-cylindres 12. Cette culasse 22 est apte à fermer les cylindres 14, 16, 18 et 20 pour constituer des chambres de combustion du moteur 4. Ici, la culasse 22 est en aluminium. Un joint 24 de culasse apte à assurer l'étanchéité des chambres de combustion est disposé entre la culasse 22 et le bloc-cylindres 12. Le bloc-cylindres 12, le joint 24 de culasse et la culasse 22 sont fixés l'un à l'autre par l'intermédiaire de vis ou goujons 26 et 28. Dans l'exemple, les vis ou goujons 26 et 28 traversent successivement la culasse 22, le joint 24 et le bloc-cylindres 12 par l'intermédiaire d'alésages 29 et 32. [0021] La culasse 12 va maintenant être présentée plus en détail en référence à la figure 2. La culasse 22 comporte un collecteur d'échappement 38 apte à collecter les gaz d'échappement en sortie des cylindres 14, 16, 18 et 20 du moteur 4 et à expulser ces gaz hors du moteur 4. Cette culasse 22 comprend également un circuit de refroidissement 40 apte à refroidir la culasse 22. Pour simplifier la figure 2 seule une partie du circuit 40 de refroidissement est représentée. [0022] Le circuit 40 comprend une tubulure d'entrée 42 par laquelle un liquide caloporteur est introduit dans le circuit 40. Par exemple, la tubulure d'entrée 42 est connectée à un carter cylindre. [0023] Le circuit 40 comprend également une cavité 44 de sortie du liquide caloporteur apte à collecter le liquide caloporteur circulant dans le circuit 40. Cette cavité 44 comporte également une tubulure 48 de sortie par l'intermédiaire de laquelle le liquide caloporteur est évacué hors de la culasse 22 pour être refroidi. La tubulure 48 débouche à l'intérieur de la cavité 44 par l'intermédiaire d'un orifice. Dans l'exemple, la tubulure 48 appartient à un boîtier de sortie d'eau fixé à la culasse 22. Ici, ce boîtier de sortie d'eau est connecté à un radiateur par l'intermédiaire d'une tubulure non représentée. Ce radiateur est apte à refroidir le liquide caloporteur. [0024] Le circuit 40 comprend également une chambre de refroidissement 52 apte à refroidir le collecteur 38. Cette chambre 52 est disposée entre des parois externe et interne du collecteur 38. La chambre 52 est conformée de manière à ce que lorsque la culasse est en position de fonctionnement, les gaz dissous dans le liquide caloporteur ou formés par ébullition du liquide caloporteur soient guidés vers un sommet 54 de la chambre 52. Par exemple, la chambre 52 possède une forme concave. [0025] Le sommet 54 de la chambre 52 est connecté à la cavité 44 par l'intermédiaire d'une rainure 56. Cette rainure 56 est apte à évacuer et à guider les gaz du sommet 54 de la chambre 52 vers la cavité 44. Cette rainure 56 est inclinée de manière à ce que dans la position de fonctionnement de la culasse 22, les gaz soient guidés vers le sommet 54 puis soient évacués de la chambre 52 vers la cavité 44 par l'intermédiaire de cette rainure 56. Avantageusement, la rainure 56 ne présente pas de ruptures dans sa forme pour ne pas provoquer de blocage des bulles d'air à l'intérieur de cette rainure 56. De préférence, la rainure 56 est conformée de manière à ce que dans la position de fonctionnement de la culasse la rainure 56 est strictement croissante. Toujours de manière préférentielle, le sommet de la rainure 56 est arrondi. [0026] La description d'un noyau d'eau 400 pour la fabrication de la culasse 12 par moulage va maintenant être faite en référence aux figures 3, 4 et 5. [0027] On désigne par « noyau » un élément disposé au sein d'un moule lors d'un procédé de fabrication d'une pièce par moulage de manière à définir une zone évidée de la pièce à fabriquer. Par exemple, des noyaux peuvent être utilisé pour la réalisation de chambres de combustion, de conduits d'admission, de conduit d'échappement ou encore, comme ici, d'un circuit de refroidissement d'une culasse. [0028] On désigne par « noyau d'eau » un « noyau » pour la réalisation du circuit 40 de refroidissement. Par exemple, le noyau 400 est en sable. [0029] Le noyau 400 comprend un prisme 440 pour la réalisation de la cavité 44 de sortie de liquide caloporteur. Ce prisme 440 comporte un premier cylindre (non représenté) pour la réalisation de la tubulure 48 de sortie du circuit 40. Ici, le premier cylindre s'étend en porte à faux du prisme 440 vers l'extérieur du noyau. [0030] Le noyau 400 comprend également un second cylindre (non représenté) pour la réalisation de la tubulure d'entrée 42 du circuit 40. Ici, le second cylindre s'étend également en porte à faux du noyau 400 vers l'extérieur du noyau. [0031] Le noyau 400 comprend également : - un volume de forme concave 520 pour la réalisation de la chambre de refroidissement 52, et - une nervure 560 de dégazage pour la réalisation de la rainure 56. [0032] La nervure 560 s'étend d'un sommet 540 du volume 520 vers le prisme 440. Lorsque le noyau est dans sa position de fonctionnement, la hauteur de l'extrémité de la nervure 560 en contact avec le volume 520 est inférieure à la hauteur de l'extrémité de la nervure 560 en contact avec le prisme 440. [0033] La description d'un procédé de fabrication de la culasse 22 à partir du noyau 400 va maintenant être réalisée en regard de la figure 6. [0034] Lors d'une étape préliminaire 80, une boîte à noyau est fabriquée pour la réalisation du noyau d'eau 400. Lors de cette étape, une rainure 56 est confectionné dans la boite à noyau de manière à ce que le noyau d'eau 400 comporte la nervure 560. Par exemple, la boîte à noyau comprend deux demi boîtes sur lesquelles est imprimée l'empreinte du noyau d'eau 400. Ainsi l'assemblage des deux demis boîtes forme une zone évidée dont la forme est celle du noyau d'eau 400. Par exemple, la boîte à noyau est fabriquée en fonte. [0035] Lors d'une étape 82, le noyau d'eau 400 est réalisé. Par exemple, du sable est introduit par soufflage ou tir dans la boîte à noyau. Le sable est alors comprimé et aggloméré avec un liant. [0036] Lors d'une étape 84, le noyau d'eau est démoulé de la boîte à noyau. Celui-ci est ensuite disposé dans un moule. Afin de faciliter son positionnement des portées de noyau peuvent être utilisées. D'autres noyaux pour d'autres zones évidées peuvent être également disposés au sein de ce moule. Par exemple, en plus du noyau d'eau servant à la réalisation du circuit de refroidissement, des noyaux pour la réalisation de chambres de combustion, de conduits d'admission, de conduits d'échappement peuvent être disposés. [0037] Lors d'une étape 86, le moule est fermé et une coulée est réalisée par l'intermédiaire d'un entonnoir de coulée prévue à cet effet. Dans cet exemple, de l'aluminium liquide est porté à fusion puis est coulé dans le moule. [0038] Lors d'une étape 88, la culasse 22 est démoulée. Les noyaux sont retirés en expulsant le sable hors de la culasse. Par exemple, la culasse est disposée sur un système vibrant dont les vibrations permettent de déloger le sable des zones évidées de la culasse. [0039] De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. [0040] Par exemple, la culasse 22 peut être réalisée en d'autre matériau que de l'aluminium. [0041] La rainure 56 n'est pas limitée au cas où il s'agit d'une rainure 56 de dégazage. Il est envisageable de remplacer la rainure par une tubulure ou par toute autre structure creuse. La rainure 56 n'est pas nécessairement strictement croissante lorsque la culasse 22 est dans sa position de fonctionnement. La rainure 56 peut également s'étendre horizontalement. [0042] Le noyau 400 peut être réalisée dans d'autres matériaux que du sable. [0043] La culasse peut être directement intégrée avec le bloc-cylindres. Dans ce cas, le joint de culasse 24 peut être omis. Le boîtier de sortie d'eau peut être intégré à la culasse.25 REVENDICATIONS1. Culasse pour un moteur à combustion interne, cette culasse comportant : - un collecteur d'échappement (38), - un circuit (40) de refroidissement aménagé à l'intérieur de la culasse (22) par liquide caloporteur, ce circuit (40) comprenant: - une chambre (52) concave de refroidissement disposée entre des parois du collecteur (38) d'échappement apte à recueillir des gaz piégés dans le circuit (40) de refroidissement, et - une cavité (44) de sortie de liquide caloporteur apte à collecter le liquide caloporteur circulant dans ce circuit (40) de refroidissement, caractérisé en ce que le circuit (40) de refroidissement comprend une rainure (56) de dégazage reliant fluidiquement un sommet (54) de la chambre (52) de refroidissement à la cavité (44), cette rainure (56) étant inclinée de manière à ce que les gaz se déplacent de ce sommet (54) vers la cavité (44) de sortie. 2. Culasse selon la revendication 1, dans laquelle la rainure (56) de dégazage 20 est conformée de manière à ce que, dans la position de fonctionnement de la culasse (22), la rainure (56) de dégazage est strictement croissante. 3. Culasse selon la revendication 1, dans laquelle la rainure (56) de dégazage est conformée de manière à ce que, dans la position de fonctionnement de la 25 culasse (22), la rainure (56) de dégazage s'étend horizontalement. 4. Noyau pour la fabrication d'une culasse (22) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le noyau (400) comprend une nervure (560) pour la réalisation de la rainure (56) de dégazage. 30 5. Procédé de fabrication d'une culasse par moulage, ce procédé comprenant : - la réalisation (82) d'un noyau pour la culasse conforme à la revendication 4, - la disposition (84) de ce noyau dans un moule, et - la coulée (86) d'un matériau de moulage dans ce moule pour réaliser la 35 culasse. 6. Véhicule, caractérisé en ce qu'il est équipé d'une culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.