Brevet FR2971260A1 — publié le 20120810

PROCEDE DE REVETEMENT D'UN FUT DE CARTER CYLINDRES PAR DEPLACEMENT DU CYLINDRE LE LONG DE L'AXE DU FUT, VEHICULE ET MACHINE CORRESPONDANTS [0001 La présente invention concerne un procédé de revêtement d'au moins un fût de carter cylindres par projection thermique. L'invention concerne en outre un véhicule comportant un carter cylindres avec des fûts revêtus à l'aide du procédé précédent et une machine de revêtement par projection thermique spécialement conçue pour la mise en oeuvre du procédé de revêtement précédent. [0002] Dans le domaine des motorisations thermiques, comprenant notamment les motorisations thermiques de véhicule automobile, un bon état de surface des pièces en mouvement 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 fraise 70 est insérée dans le fût 82, le long de l'axe 78 du fût 82. 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 (du terme anglais roughening) par des techniques essentiellement mécaniques. Cette étape est une préparation de surface mécanique du fût 82. Selon la figure 2B, cette étape consiste en la projection de particules abrasives 74, par une buse 72 sur le pourtour de la surface intérieure du fût 82. [0005i Les figures 2C et 2D illustrent des étapes formant un procédé d'application d'un revêtement à la suite du procédé de préparation de surface 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 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 projection thermique de revêtement de fûts 82 appliquées sur carters aluminium ou fonte existent : - le procédé HVOF avec un fil (du terme anglais High Velocity Oxy-Fuel, ce qui correspond à un procédé de projection à la flamme supersonique développé par General Motors et Sandia Nation Laboratories. Ce procédé est notamment décrit dans le document US 5 271 967. Ce procédé de projection thermique de revêtement est mis en oeuvre après un traitement de surface par jet d'eau haute pression. Ce procédé présente les désavantages suivants : une température des fûts atteinte pendant la projection trop élevée, des taux d'oxydes de fer trop élevés nuisibles aux pressions moyennes de frottement (abrégé en PMF), un angle de pulvérisation limité à 60° maximum ce qui ne permet pas ni une bonne application, ni une bonne microstructure des revêtements projetés. - le procédé de projection par plasma avec poudre développé par Sultzer Metco. Ce procédé est mis en oeuvre après un traitement de surface par sablage. - le procédé de projection plasma à arc transféré (du terme anglais Plasma Transferred Wire Arc, abrégé en PTWA) développé par FSI et Ford. Ce procédé est notamment décrit dans les documents US 5 194 304, US 5 592 927, US 5 714 205 et US 5 820 939. Ce procédé est mis en oeuvre après un traitement de surface mécanique. Dans ce procédé, la torche 96 est alimentée par un fil de fer. Le fil de fer est déroulé en série d'une bobine de fil directement fixée sur la torche 96. La bobine étant directement fixée sur la torche 96, la torche 96 est alors obligatoirement conçue pour supporter une masse initiale maximale de 15Kg de bobine. De plus, la vitesse de défilement du fil doit être la plus stable et la plus continue possible, pour limiter l'apparition de défauts dans le revêtement 90 projeté. - le procédé de projection par arc avec deux fils LDS (du terme allemand Lichtbogen Draht Spritzen) développé par Daimler Chrysler. Ce procédé est mis en oeuvre après un traitement de surface par jet d'eau haute pression. Dans ce procédé, la torche 96 est alimentée par deux fils de fer. Les fils de fer sont déroulés de deux bobines de fil fixées autour de la torche 96. Les vitesses de défilement des fils doivent être les plus stables et les plus continues possibles, pour limiter l'apparition de défauts localisés dans le revêtement 90 projeté. Cependant l'utilisation de deux bobines alimentant en parallèle la torche 96 entraînent de plus grands risques d'instabilités lors de l'alimentation des fils, tels que les instabilités liées à des à coups lors de l'avancée des fils. [0007] De plus, indépendamment de l'utilisation de bobine de fils pour l'alimentation de la torche 96, chaque technologie de projection précédemment décrite présente des sources d'instabilités pendant la phase de dépôt, tel que des instabilités dans la décharge électrique (arc ou plasma). [000si Il existe donc un besoin pour un procédé de revêtement d'un fût de carter cylindres qui présente moins de sources d'instabilités pendant la phase de dépôt. [0009 Pour cela l'invention propose un procédé de revêtement d'au moins un fût de carter cylindres par projection thermique, le procédé comprenant : - l'insertion d'une torche de projection thermique pour appliquer un revêtement dans le fût, le long de l'axe du fût ; - la projection thermique de revêtement par rotation de la torche autour de l'axe 25 du fût ; le carter cylindres étant déplacé le long de l'axe du fût concomitamment à la projection thermique de revêtement par rotation de la torche. [oo1o] Selon une variante, lors de la projection thermique de revêtement par rotation de la torche, la torche est uniquement mobile en rotation autour de l'axe du 30 fût. [001 1] Selon une variante, lors de la projection thermique de revêtement par rotation de la torche, le carter cylindres est uniquement mobile en translation selon l'axe du fût. [0012] Selon une variante, le carter cylindres est déplacé le long de l'axe du fût lors de la projection thermique de revêtement par rotation de la torche autour de l'axe du fût. [0013] Selon une variante, la torche de projection thermique porte au moins une bobine de fil de matériau à projeter, l'ensemble des bobines de fil porté par la torche présentant une masse supérieure à 15 Kg, de préférence supérieure ou égale à 30 Kg, plus préférablement supérieure ou égale à 50Kg. [0014] Selon une variante, une aspiration du revêtement projeté thermiquement est fixée sur le haut et/ou le bas du carter cylindres dont un fût est revêtu thermiquement. [0015] Selon une variante, le revêtement projeté thermiquement est un revêtement métallique, de préférence d'un revêtement à base de fer. [0016] Selon une variante, le carter cylindres est en alliage d'aluminium. [0017] L'invention propose aussi un véhicule comprenant un moteur comprenant un carter cylindres dont les surfaces intérieures des fûts ont été revêtues par le procédé précédent. [0018] L'invention propose en outre une machine de revêtement par projection thermique d'au moins un fût de carter cylindres, comprenant une torche de projection thermique d'un revêtement et un support de maintien de carter cylindres dont un fût doit être revêtu par projection thermique, la machine étant spécialement conçue pour la mise en oeuvre du procédé de revêtement précédent. [0019] 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 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 par projection thermique pour un fût du carter cylindre de la figure 1 ; - figure 3, une représentation schématique des mouvements d'une torche de projection thermique lors d'un procédé de projection thermique de revêtement selon l'art antérieur ; - figure 4, une représentation schématique des mouvements d'une torche de projection thermique et d'un fût de carter cylindre lors du revêtement par projection thermique du fût selon un mode de réalisation du procédé de revêtement proposé ; figure 5, une vue schématique d'une machine de revêtement par projection thermique spécialement conçue pour la mise en oeuvre du procédé de revêtement illustré en figure 4. [oo2o] 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. [0021] Le procédé de revêtement proposé comprend l'insertion, dans le fût 82, d'une torche de projection thermique d'un revêtement. En référence à la figure 2C, l'insertion de la torche 96 de projection thermique s'effectue par déplacement le long de l'axe 78 du fût 82. Une fois la torche 96 insérée dans le fût 82, le procédé comprend la projection thermique de revêtement 90 par rotation de la torche 96 autour de l'axe 78 du fût 82. Cette projection thermique par rotation peut être illustrée schématiquement par la flèche H de la figure 2C, qui correspond à un mouvement hélicoïdal de la torche 96. [0022] Le procédé proposé comprend en outre le déplacement du carter cylindres 80 le long de l'axe 78 du fût 82. Ce déplacement du carter cylindres 80 est réalisé concomitamment à la projection thermique de revêtement 90 par rotation de la torche 96. Le déplacement du carter cylindres le long de l'axe 78 peut donc être réalisé lors de la projection thermique par rotation de la torche 96. Cependant la concomitance du déplacement du carter cylindres peut aussi correspondre à un déplacement du carter cylindres 80 successivement à la rotation de la torche 96. En d'autres termes, le carter cylindres 80 peut être déplacé après la fin d'une projection par rotation de la torche 96. Ensuite après déplacement du carter cylindres 80, une nouvelle étape de projection par rotation de la torche 96 peut être prévue pour revêtir une plus grande surface intérieure du fût 82. [0023] Dans tous les cas, la concomitance du déplacement du carter cylindres le long de l'axe 78 avec la projection par rotation de la torche 96, permet de réaliser un revêtement sur toute la hauteur de la surface intérieure du fût 82. Ce revêtement sur toute la hauteur de la surface intérieur du fût 82 est réalisée par la composition du mouvement de rotation de la torche 96 autour de l'axe 78 avec le mouvement du carter cylindres 80 le long de l'axe 78. [0024] Une telle composition des mouvements de la torche 96 et du carter cylindres 80 pour le revêtement se différencie des procédés de revêtement de l'art antérieur. Dans les procédés de projection de revêtement selon l'art antérieur, notamment les procédés précédemment décrits, le carter cylindres 80 est immobilisé et seule la torche 96 est mobile. La figure 3 montre une représentation schématique des mouvements de la torche 96 lors d'une projection thermique de revêtement selon l'art antérieur. La torche 96 réalise à la fois un mouvement de rotation autour de l'axe 78 selon la flèche R et un mouvement vertical de translation le long de l'axe 78 selon la flèche T, pour obtenir un revêtement sur toute la hauteur de la surface intérieure du fût 82. La torche 96 peut alors effectuer plusieurs allers et retours le long de l'axe 78 alors que la torche 96 est par ailleurs animée d'un mouvement de rotation autour de l'axe 78. [0025] La composition des mouvements du carter cylindres 80 et de la torche 96 prévue par le procédé proposé permet de limiter les mouvements de la torche 96 en rotation et en translation. Or chaque mouvement de la torche 96 est susceptible de créer une source d'instabilité pendant la phase de dépôt. Ainsi la limitation des mouvements simultanés de la torche 96 permise par le procédé proposé entraîne avantageusement la suppression d'une source d'instabilité du procédé de revêtement par projection thermique. En effet chaque instabilité intervenant pendant la phase de dépôt peut entraîner une modification localisée de la microstructure des revêtements projetés tel qu'une modification de la porosité, de l'épaisseur ou du taux d'oxydes. Chaque modification localisée du revêtement diminuant ses propriétés tribologiques, la suppression de sources d'instabilité permet d'obtenir un revêtement du fût de meilleure qualité. [0026] En définitive, le nouveau procédé proposé permet le revêtement d'un fût de carter cylindres présentant moins de sources d'instabilités pendant la phase de dépôt. [0027] L'invention se rapporte aussi à un véhicule, de préférence automobile, comprenant un moteur avec 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. [0028] Lors de la projection thermique de revêtement 90 par rotation de la torche 96, la torche 96 peut être uniquement mobile en rotation autour de l'axe 78 du fût 82. La torche 96 est seulement déplacée le long de l'axe 78 du fût lors de l'insertion et du retrait de la torche dans le fût 82, c'est-à-dire que la torche 96 est déplacée en translation uniquement avant le début du revêtement du fût 82 et après le revêtement de la surface du fût 82. En d'autres termes, tout mouvement de translation de la torche 96 est empêché lors du revêtement du fût 82. La figure 4 montre une représentation schématique des mouvements d'une torche 96 de projection thermique, selon ce mode de réalisation. Ainsi selon la figure 4, la torche 96 est fixée verticalement et le carter cylindres 80 est déplacé verticalement le long de l'axe 78 du fût 82. La fixation de la torche 96 le long de l'axe 78 permet d'empêcher totalement la composition de mouvements de translation et de rotation de la torche 96 lors du dépôt, permettant ainsi de contribuer à la suppression d'une source d'instabilité. [0029] Par ailleurs, la suppression de tout mouvement de translation de la torche 96 lors de la projection thermique de revêtement permet d'augmenter la masse de la ou les bobines de fils alimentant la torche 96. En effet, l'absence de mouvement vertical de la torche 96 permet d'augmenter la masse maximale portée par la torche 96 par rapport à une torche mobile en translation lors du dépôt que l'on ne peut pas alourdir. Ainsi la torche 96 dans le procédé peut porter au moins une bobine de fil (non représentée) de matériau à projeter de masse supérieure à 15 Kg. L'ensemble des bobines de fils portées par la torche 96 peut alors présenter une masse supérieure ou égale à 30 Kg ou encore supérieure ou égale à 50Kg. L'augmentation de la masse des bobines de fils portées par la torche permet d'augmenter l'autonomie et l'ergonomie de la torche 96 assurant un gain de coût lors d'utilisation du procédé en grande série. De façon alternative, la torche 96 peut comprendre une alimentation en poudre pour le matériau à projeter. La suppression de tout mouvement de translation de la torche 96 lors de la projection thermique de revêtement permet de façon similaire d'augmenter la masse maximale portée de la poudre ou simplement de stabiliser son système d'alimentation. [0030] Selon la figure 4, lors de la projection thermique de revêtement 90 par rotation de la torche, le mouvement du carter cylindres 80 est uniquement réalisé en translation selon l'axe 78 du fût 82, conformément à la flèche verticale T. Ainsi, le carter cylindres 80 est uniquement mobile en translation selon l'axe 78 du fût 82, c'est-à-dire que le carter cylindres 80 n'est pas mû en rotation autour de l'axe 78 lors de son déplacement le long de l'axe 78. Ceci permet de simplifier la mise en oeuvre du procédé proposé. On peut alors obtenir un procédé de revêtement où la torche 96 a un mouvement de rotation seul et le carter cylindres a un mouvement de translation verticale seul, avec possibilité d'allers et retours. Ceci correspond alors à une répartition des mouvements entre la torche 96 et le carter cylindres 80. Un tel procédé permet d'éliminer beaucoup d'instabilités, notamment électrique, du procédé de projection. [0031] La figure 5 montre une vue schématique d'une machine 20 de revêtement par projection thermique spécialement conçue pour la mise en oeuvre du procédé de revêtement précédent. Cette machine 20 comprend alors la torche 96 et un support de maintien 22 de carter cylindres 80. Le support de maintien 22 peut être animé d'un mouvement le long de l'axe des fûts du carter cylindres 80, conformément à la flèche T, pour permettre la composition des mouvements du procédé proposé. [0032] Selon la figure 5, il peut être prévu pour la machine 20 et pour le procédé proposé, qu'une aspiration 40 pendant la projection thermique du revêtement soit fixée sur le haut et ou le bas du carter cylindres 80 dont un fût 82 est revêtu thermiquement. Cette fixation de l'aspiration 40 au carter cylindres 80 se différencie des procédés de revêtement de l'art antérieur pour lesquels l'aspiration est dépendante, solidarisée ou fixée à la torche 96. La fixation de l'aspiration 40 au carter de cylindres 80, directement ou par l'intermédiaire du support de maintien 22, permet de simplifier la mise en oeuvre du procédé et/ou la conception de la machine 20. [0033] Le revêtement projeté thermiquement peut être un revêtement métallique, tel qu'un revêtement à base de fer. Le revêtement à base de fer projetée contient 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 projeté dans le fût 82. La projection de revêtement peut être réalisée pour des fûts de carter cylindres réalisé en alliage d'aluminium. [0034] 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. [0035] L'utilisation du procédé de revêtement proposée est par ailleurs avantageuse par rapport à l'utilisation d'une chemise fonte comme lubrifiant solide pour les fûts 82. Le procédé proposé présente en effet les avantages relatifs suivants : - une diminution possible de la longueur des carters cylindres ; ^ un allégement de 30 à 50 % de la masse des carter cylindres 80 avec un gain de 200 à 300g par fût 82 ; - 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 25 par rapport à une chemise en fonte graphite lamellaire et une diminution des usures des segments, du fait de meilleures propriétés tribologiques obtenues. REVENDICATIONS1. Un procédé de revêtement d'au moins un fût (82) de carter cylindres (80) par projection thermique, le procédé comprenant : l'insertion d'une torche (96) de projection thermique d'un revêtement (90) dans le fût (82), le long de l'axe (78) du fût (82) ; - la projection thermique de revêtement (90) par rotation de la torche (96) autour de l'axe (78) du fût (82) ; le procédé étant caractérisé en ce que, concomitamment à la projection thermique de revêtement (90) par rotation de la torche (96), le carter cylindres (80) est déplacé le long de l'axe (78) du fût (82). 2. Le procédé de revêtement selon la revendication 1, caractérisé en ce que lors de la projection thermique de revêtement (90) par rotation de la torche (96), la torche (96) est uniquement mobile en rotation autour de l'axe (78) du fût (82). 3. Le procédé de revêtement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, lors de la projection thermique de revêtement (90) par rotation de la torche (96), le carter cylindres (80) est uniquement mobile en translation selon l'axe (78) du fût (82). 4. Le procédé de revêtement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le carter cylindres (80) est déplacé le long de l'axe du fût (82) lors de la projection thermique de revêtement (90) par rotation de la torche (96) autour de l'axe du fût (82). 5. Le procédé de revêtement selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la torche (96) de projection thermique porte au moins une bobine de fil de matériau à projeter, l'ensemble des bobines de fil porté par la torche (96) présentant une masse supérieure à 15 Kg, de préférence supérieure ou égale à 30 Kg, plus préférablement supérieure ou égale à 50Kg. 6. Le procédé de revêtement selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'une aspiration (40) du revêtement projeté thermiquement est fixée sur le haut ou le bas du carter cylindres (80) dont un fût (82) est revêtu thermiquement. 7. Le procédé de revêtement selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le revêtement (90) projeté thermiquement est un revêtement métallique, de préférence un revêtement (90) à base de fer. 8. Le procédé de revêtement selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le carter cylindres (80) est en alliage d'aluminium. 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. 10. Une machine de revêtement par projection thermique d'au moins un fût de carter cylindres (80), comprenant une torche (96) de projection thermique d'un revêtement (90) et un support de maintien de carter cylindres (80) dont un fût (82) doit être revêtu par projection thermique, la machine (20) étant caractérisée en ce qu'elle est spécialement conçue pour la mise en oeuvre du procédé de revêtement selon l'une des revendications 1 à 8.