Brevet FR2971319A1 — publié le 20120810

PROCEDE DE REVETEMENT D'UN FUT DE CARTER CYLINDRES SUR CHEMISE INSEREE A LA COULEE ET VEHICULE CORRESPONDANT [0001 La présente invention concerne un procédé de revêtement d'au moins un fût de carter cylindres par projection thermique et un véhicule comportant un carter cylindres avec des fûts revêtus à l'aide du procédé précédent. [0002] Dans le domaine des motorisations thermiques, comprenant notamment les motorisations thermiques de véhicule automobile, un bon état de surface des pièces composant le moteur thermique est souhaité. Concernant le carter cylindres, d'un moteur thermique, des procédés de revêtement thermique des fûts de carter cylindres sont connus. La projection thermique d'un revêtement permet d'améliorer les propriétés tribologiques de la surface intérieure des fûts de carter cylindres. La figure 1 illustre un carter cylindres 80 comprenant quatre cylindres 88 délimités par la surface intérieure de fûts 82. Les figures 2A, 2B, 2C et 2D illustrent les différentes étapes d'un procédé connu aboutissant à la création d'un revêtement pour un fût 82 de carter cylindres 80. [0003] Les figures 2A et 2B illustrent des étapes formant un procédé de préparation des fûts de carters cylindres avant l'application de revêtement par projection thermique. Ainsi la figure 2A correspond à un alésage de précision du cylindre 88 (du terme anglais fineboring) à l'aide d'une fraise 70, afin de finaliser la géométrie du fût 82, à la suite du démoulage du carter cylindre 80. La figure 2B correspond à la préparation de la surface intérieure d'un fût 82 pour l'application ultérieure d'un revêtement. [0004 Cette étape illustrée à la figure 2B, consiste à créer une rugosité de surface par des techniques essentiellement mécaniques. Cette étape est une rugosification 25 du fût 82 (du terme anglais roughening). [0005i Les figures 2C et 2D illustrent des étapes formant un procédé d'application d'un revêtement à la suite du procédé de préparation précédent. Ainsi la figure 2C correspond à la projection thermique, à l'aide d'une buse 96, d'un revêtement 90 sur la surface du fût 82 précédemment préparé. La création d'une rugosité sur la 30 surface intérieure des fûts 82 permet d'améliorer l'adhérence du revêtement 90 appliqué ultérieurement par projection thermique. Pour assurer un bon état de surface, le revêtement projeté 90 est ensuite soumis à un rodage (du terme anglais honing), illustré par la figure 2D, et effectué par exemple à l'aide d'une machine à roder 98. [0006] Différentes technologies de préparation de surfaces intérieures de fûts 82 appliquées sur carters aluminium ou fonte existent : - le sablage (également connu sous le terme anglais grit blasting). Selon la figure 2B, cette technologie consiste en la projection de particules abrasives 74, par une buse 72 sur le pourtour de la surface intérieure du fût 82. Cette technologie de préparation présente un risque de présence de particules abrasives 74 retenues à la surface des pièces traitées, ici à la surface du fût 82. Or tout enlèvement de particule abrasive 74 dans l'usinage final des alésages cylindres 88 peut potentiellement détruire les surfaces portantes, provoquant alors des passages d'huile et potentiellement entraîner des dommages irréversibles sur le moteur après assemblage. - le jet d'eau haute pression (du terme anglais high pressure water jet blasting). Cette technologie permet d'obtenir une bonne adhérence des dépôts, cependant une telle technologie reste coûteuse et peut générer des rugosités de surface inacceptables avec des profils de surfaces intérieures de fûts difficiles à obtenir de manière fine. Or la finesse des profils de surfaces intérieures des fûts 82 permet de maîtriser la bonne adhérence du revêtement projeté ultérieurement. - l'usinage mécanique des surfaces (plus connu sous l'expression anglaise Mechanical Roughening Process abrégé en MRP). Cette technologie présente de nombreuses variantes. L'inconvénient de ce type de solutions est d'avoir des formes de profils limitées pour la surface intérieure du fût 82. La limitation des formes de profils de la surface intérieure entraîne une limitation de l'adhérence mécanique du revêtement projeté ultérieurement sur cette surface intérieure. [0007] Toutes ces technologies de revêtement de surfaces intérieures de fûts 82 après préparation par rugosification présentent des inconvénients de fiabilité, de formes de profils limitées. [000s] Il existe donc un besoin pour un nouveau procédé d'obtention de surfaces intérieures de fûts revêtus par projection thermique ne présentant pas les inconvénients précédents. [000s] Pour cela l'invention propose un procédé de revêtement d'au moins un fût de carter cylindres par projection thermique, la projection thermique du revêtement étant réalisée directement sur une chemise du fût insérée à la coulée du carter cylindres, et la chemise insérée présentant un état de surface intérieure promoteur d'adhérence pour le revêtement par projection thermique. [oolo] Selon une variante, la chemise est réalisée en acier, de préférence réalisée par moulage d'acier fritté. [0011] Selon une variante, après projection thermique du revêtement sur la surface intérieure de la chemise, l'état de surface intérieure promoteur d'adhérence de la chemise génère une adhérence du revêtement supérieure ou égale à 35 MPa. [0012] Selon une variante, l'état de surface intérieure de la chemise comprend des rugosités choisies dans le groupe consistant en picots, pointes, pyramides notamment à base triangle ou rectangle. [0013] Selon une variante, la chemise présente une épaisseur comprise entre 1 et 3 mm. [0014] Selon une variante, le revêtement projeté thermiquement est un revêtement métallique, de préférence un revêtement à base de fer. [0015] Selon une variante, le carter cylindres est en alliage d'aluminium. [0016] Selon une variante, la chemise présente un état de surface extérieure promoteur d'adhérence pour le matériau du carter cylindres. [0017] L'invention propose aussi un véhicule comprenant un moteur, ledit comprenant un carter cylindres dont les surfaces intérieures des fûts ont été revêtues par le procédé précédent. [ools] 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, données à titre d'exemple uniquement et en référence aux dessins qui montrent : - figure 1, un schéma d'un carter cylindres d'un moteur thermique ; ^ figures 2A, 2B, 2C et 2D, les représentations schématiques des différentes étapes d'un procédé connu aboutissant à la création d'un revêtement thermique pour un fût du carter cylindre de la figure 1 ; - figure 3, une vue de côté d'une chemise en fonte selon l'art antérieur ; - figure 4, une vue en perspective en coupe partielle d'une chemise en fonte selon l'art antérieur intégrée dans un carter cylindres ; - figure 5, une vue schématique en perspective d'une chemise présentant un état de surface intérieure promoteur d'adhérence ; - figure 6, une vue schématique en perspective de l'état de surface de la chemise selon la figure 5 ; figure 7, une vue schématique en coupe de l'interaction entre l'état de surface intérieure de la chemise selon la figure 5 et le revêtement projeté thermiquement de façon ultérieure. [0019] Il est proposé un procédé de revêtement d'au moins un fût de carter cylindres. Dans la suite de la description, il est fait référence aux figures 1 et 2A à 2D pour concrétiser la référence à un fût 82 de carter cylindres 80. [oo2o] Le procédé de revêtement est réalisé par projection thermique classique à l'aide de la buse 72 précédemment décrite. Cependant le procédé de revêtement proposé, présente une projection thermique du revêtement directement sur une chemise du fût 82. Cette chemise du fût 82 est insérée à la coulée du carter cylindre 80. En d'autres termes, la chemise de fût 82 proposée est un insert de moulage lors de la fabrication du carter cylindres 80 en fonderie. La surface intérieure de la chemise insérée forme la surface intérieure du fût 82. [0021] Dans le but d'améliorer l'adhérence mécanique du revêtement projeté, la chemise insérée dans le procédé proposé présente un état de surface intérieure promoteur d'adhérence pour le revêtement par projection thermique. [0022] L'utilisation de chemise insérée pour la formation d'une surface intérieure de fût 82 prête à la projection thermique de revêtement présente l'avantage de limiter les étapes de fabrication de carter cylindres 80. Ainsi, après démoulage du carter cylindres 80, on peut ne plus réaliser d'opérations de préparation de la surface intérieure des fûts 82, opérations décrites en référence aux figures 2A (alésage) et 2B (rugosification). En effet, les chemises proposées peuvent présenter de par leur fabrication un état de surface intérieure promoteur d'adhérence pour le revêtement projeté thermiquement avec des formes très variées et à moindre coût. [0023] En définitive, le nouveau procédé proposé d'obtention de surfaces intérieures de fûts revêtus par projection thermique ne présente pas les inconvénients précédents. [0024] L'invention se rapporte aussi à un véhicule, de préférence automobile, comprenant un moteur qui comprend un carter cylindres 80. Ce carter cylindres 80 présente avantageusement des surfaces intérieures de fûts 82 qui ont été revêtues par le procédé de revêtement précédent. [0025] L'état de surface intérieure de la chemise proposée peut directement être obtenue par le procédé de fabrication de la chemise proposée. Ainsi la chemise peut par exemple être obtenue par moulage avant insertion dans le moule du carter cylindres 80. L'obtention par moulage de chemises permet avantageusement d'obtenir de façon fiable un état de surface intérieure promoteur d'adhérence avec des formes très variées et à moindre coût. La chemise peut par exemple être réalisée en acier fritté, c'est-à-dire que la chemise est obtenue par frittage de poudre d'acier comprimée dans un moule. L'utilisation d'une chemise en acier fritté de 1 à 3mm permet d'envisager un gain de masse par rapport à l'utilisation d'une chemise en fonte d'épaisseur environ 6mm. Le gain de masse peut représenter un allègement de 10 à 300/0 de la masse des carters cylindres avec une réduction de 100 à 200 g par fût. De plus, l'obtention de chemise en acier fritté peut se faire par pré-moulage à chaud permettant d'obtenir de nombreuses formes ou de multiples profils prédéterminés pour les états de surfaces intérieures. En outre le frittage de l'acier assure un bon contrôle de la porosité de la chemise, ce qui contribue à une amélioration de l'effet promoteur d'adhérence. [0026] La projection thermique d'un revêtement directement sur la chemise insérée avec un état de surface intérieure promoteur d'adhérence se différencie de l'utilisation connue d'autres chemises insérées à la coulée d'un carter cylindres 80. [0027] Par exemple, la projection d'un revêtement directement sur la chemise proposée se différencie de l'utilisation d'une chemise en acier fritté telle que décrite dans les documents US 5 749 331 A et JP 58077141 A. Les chemises en acier fritté des documents US 5 749 331 A et JP 58077141 A sont prévues pour être utilisées comme surface intérieure de fût sans projection ultérieure de revêtement. Ainsi ces chemises ne présentent pas un état de surface promoteur d'adhérence, c'est-à-dire que ces chemises ne présentent pas de rugosités, car de telles rugosités nuiraient aux propriétés tribologiques intrinsèques de la chemise. Au contraire, la chemise proposée présente un état de surface rugueux qui ne possède pas intrinsèquement de propriétés tribologiques mais qui permet, par l'intermédiaire d'un revêtement projeté thermiquement, d'améliorer les propriétés tribologiques de la chemise. La projection d'un revêtement sur l'acier fritté permet par ailleurs de diminuer les risques de détachement de particules de fer de la chemise en acier fritté permettant ainsi de diminuer le risque de grippage générateur de casse moteur. L'amélioration des propriétés tribologiques permet : - une diminution de la consommation d'huile ; et - une diminution de l'usure des segments de pistons utilisés dans les fûts 82 de carter cylindres 80. [0028] La projection d'un revêtement directement sur la chemise proposée se différencie aussi de l'utilisation d'une chemise de fût en fonte comme lubrifiant solide pour le carter cylindres 80. La figure 3 montre une vue de côté d'une chemise 10 en fonte selon l'art antérieur. Cette chemise 10 en fonte est insérée dans le carter cylindres 10 au moment de la coulée du carter cylindres 80. Après démoulage du carter cylindres 80, la chemise 10 selon l'art antérieur forme la surface intérieure du fût 82, tel qu'illustré en perspective et en coupe par la figure 4. La chemise insérée étant en fonte, elle présente des lamelles de graphite sur la surface intérieure des fûts. Ces lamelles de graphite jouent le rôle de lubrifiant solide. Ainsi les chemises en fonte ne sont pas revêtues par projection thermique, et une projection thermique directement sur une chemise en fonte ne présenterait pas d'intérêt. La chemise proposée ne permet pas à elle seule d'améliorer les propriétés tribologiques de la surface intérieure du fût 82, car l'état de surface intérieure de la chemise proposée est rugueux. Cependant l'état de surface intérieure rugueux de la chemise proposée permet, par l'intermédiaire d'un revêtement projeté thermiquement, d'améliorer les propriétés tribologiques de la chemise. Enfin, l'utilisation de la chemise proposée avec un revêtement projeté thermiquement présente, par rapport à une chemise en fonte, les avantages suivants : - une diminution possible de la longueur des carters cylindres ; - une amélioration de la conductivité thermique, notamment pour les échanges thermiques aux interfûts avec des gains de l'ordre de 10°C ; une diminution des pertes mécaniques par frottements de l'ordre de 10 à 200/0 par rapport à une chemise en fonte graphite lamellaire et une diminution des usures des segments, du fait de meilleures propriétés tribologiques obtenues. [0029] Par ailleurs, toujours en comparaison avec les chemises en fonte 10 précédemment utilisées, la chemise proposée en acier peut avantageusement être plus fine et présenter une épaisseur plus faible par exemple comprise entre 1 et 3 mm. L'épaisseur minimum de 1 mm suffit à maintenir le flux d'aluminium liquide en début de formation du carter cylindres 80 en coulée sous pression ou gravité. [0030] La figure 5 montre une vue schématique en perspective de la chemise 20 proposée dans le procédé de revêtement précédent. L'état de surface intérieure 22 présente des rugosités 24 permettant de promouvoir l'adhérence du revêtement 90 projeté lors du procédé proposé. La figure 6 montre une vue schématique en perspective de l'état de surface intérieure 22 de la chemise 20. Cet état de surface intérieure peut comprendre des rugosités consistant en des pyramides à base carrée 26. La réalisation des rugosités en pyramides à base carrée 26 permet une bonne interaction du revêtement 90 sur la surface intérieure de la chemise 20, tel qu'illustré schématiquement en coupe par la figure 7. Cette interaction du revêtement 90 projetée ultérieurement et de l'état de surface intérieure de la chemise correspond à une imbrication intime de la matière projetée avec la matière de la chemise 20 ce qui permet la bonne adhérence mécanique du revêtement 90. [0031] De façon générale, l'état de surface intérieure de la chemise 20 peut comprendre des rugosités 24 choisies dans le groupe consistant notamment en picots, pointes, pyramides notamment à base triangle ou rectangle. L'état de surface intérieure promoteur peut en effet être choisi parmi des formes variées pour générer après projection thermique du revêtement 90 sur la surface intérieure de la chemise 20 une adhérence suffisante du revêtement. Ainsi l'adhérence mécanique du revêtement peut être supérieure ou égale à 35 MPa, l'adhérence mécanique du revêtement correspondant à la limite supérieure de contrainte à l'arrachement que peut supporter le revêtement projeté thermiquement. [0032] L'obtention d'un état de surface promoteur d'adhérence permet de réaliser des projections de revêtement avec une grande variété de matériaux. Les revêtements projetés thermiquement peuvent ainsi être des revêtements métalliques, tel que des revêtements à base de fer, contenant de préférence de la Wüstite (FeO) et de la Magnetite (Fe3O4) qui sont des composés durs et auto-lubrifiants permettant d'apporter de bonnes propriétés tribologiques à la matrice de fer. Les revêtements peuvent encore être des revêtements céramiques. De façon avantageuse, les revêtements projetés thermiquement peuvent être des revêtements de base métallique mais comprenant en outre des céramiques. [0033] Le procédé de revêtement proposé peut comprendre un rodage après l'application par projection thermique du revêtement tel que précédemment décrit en référence avec la figure 2D. [0034] De façon avantageuse, un état de surface extérieure de la chemise 20 peut lui aussi être promoteur d'adhérence pour le matériau du carter cylindres 80. Ainsi, selon la figure 5, l'état de surface extérieure 28 de la chemise 20 présente des rugosités 20 permettant une bonne interaction entre la chemise 20 et le matériau du carter cylindres 80 lors de la coulée du carter cylindres 80. Ceci permet d'éviter la formation de lames d'air entre la chemise 20 et le fût 82 de carter cylindres 80 ce qui nuirait à la bonne conductivité thermique lors du refroidissement des fûts 82. L'intimité de l'imbrication du matériau du carter cylindres 80 avec l'état de surface extérieure peut être visualisée par analogie avec la figure 7. [oo35] L'insertion à la coulée des chemises 20 proposées peut avantageusement être réalisée dans des carters cylindres 80 en aluminium sous pression ou gravité. L'étape d'insertion des chemises 20 à la coulée est une étape industrielle parfaitement maîtrisée et simple de mise en oeuvre. L'insertion à la coulée des chemises 20 présente, par ailleurs, les avantages suivants : - une bonne maîtrise du positionnement à la coulée de l'aluminium, c'est-à-dire pendant l'injection d'aluminium dans le moule de carter cylindres 80 ; une bonne cohésion chemise - carter, la cohésion pouvant être assurée mécaniquement telle que précédemment décrite ou chimiquement par refusion locale des chemises 20. REVENDICATIONS1. Un procédé de revêtement d'au moins un fût (82) de carter cylindres (80) par projection thermique, le procédé étant caractérisé en ce que la projection thermique du revêtement (90) est réalisée directement sur une chemise (20) du fût insérée à la coulée du carter cylindres (80), la chemise insérée (20) présentant un état de surface intérieure (22) promoteur d'adhérence pour le revêtement (90) par projection thermique. 2. Le procédé de revêtement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chemise (20) est réalisée en acier, de préférence réalisée par moulage d'acier fritté. 3. Le procédé de revêtement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, après projection thermique du revêtement sur la surface intérieure de la chemise (20), l'état de surface intérieure promoteur d'adhérence de la chemise (20) génère une adhérence du revêtement supérieure ou égale à 35 MPa. 4. Le procédé de revêtement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'état de surface intérieure de la chemise (20) comprend des rugosités (24) choisies dans le groupe consistant en picots, pointes, pyramides notamment à base triangle ou rectangle. 5. Le procédé de revêtement selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en 20 ce que la chemise (20) présente une épaisseur comprise entre 1 et 3 mm. 6. Le procédé de revêtement selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le revêtement (90) projeté thermiquement est un revêtement métallique, de préférence un revêtement (90) à base de fer. 7. Le procédé de revêtement selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en 25 ce que le carter cylindres (80) est en alliage d'aluminium. 8. Le procédé de revêtement selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la chemise (20) présente un état de surface extérieure (28) promoteur d'adhérence pour le matériau du carter cylindres (80). 9. Un véhicule comprenant un moteur caractérisé en ce que le moteur du véhicule comprend un carter cylindres (80) dont les surfaces intérieures des fûts (82) ont été revêtues par le procédé selon l'une des revendications 1 à 8.