Brevet FR2989996A1 — publié le 20131101

PROCEDE DE DETERMINATION D'EVENTS DE BAS CARTER D'UN MOTEUR THERMIQUE Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte à la conception des moteurs thermiques. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de détermination d'évent dans le bas carter d'un carter cylindre de moteur thermique. Arrière-plan technologique Le souci croissant de respect de l'environnement ainsi que des normes d'émission de gaz polluant sans cesse plus contraignantes au conduit au développement de moteurs thermiques de plus en plus efficaces. L'amélioration du rendement énergétique des moteurs thermiques passe notamment par la réduction de ses différentes pertes énergétiques. Les pertes énergétiques d'un moteur thermique à piston comprennent en particulier les pertes dites par pompage des flux gazeux à l'admission et à l'échappement dues au travail nécessaire pour transvaser les gaz du collecteur d'admission dans le cylindre. Une partie de ces pertes par pompage est aussi due à la pression des gaz dans le bas carter, sous le piston. Comme illustré sur la figure 1, dans le cas d'un moteur multicylindre, chaque cylindre 2 du carter cylindre 1 est séparé par une zone 3 bas carter formant une cloison séparant deux cylindres et s'étendant au palier 4 de vilebrequin. Cette cloison reçoit un chapeau 5 de palier vilebrequin. Comme le montre la figure 2, une voie d'amélioration connue pour former un aération est de réaliser un trou 6 d'évent unique dans cette zone 3 bas carter entre la chemise de cylindre 2 et le palier 4, le trou étant symétrique autour d'un plan passant par l'axe Z-Z des cylindres, afin de favoriser le passage des gaz sous piston d'un cylindre 2 à l'autre, de sorte à limiter la résistance au déplacement du piston (non représenté). Cependant, lorsque le moteur fonctionne, le bas moteur est très sollicité cycliquement, par le mouvement de l'ensemble piston-bielle-vilebrequin et la réalisation de ce trou 5 d'évent a pour conséquence en enlevant localement de la masse dans la zone 3 bas carter de fragiliser le bas moteur. De nombreuses configurations doivent être testées pour vérifier que la bonne tenue mécanique est garantie, ce qui entraîne un allongement des délais de conception. Par conséquent, le problème à la base de l'invention est d'obtenir un carter cylindre disposant d'un évent, permettant de réduire la masse, d'assurer un passage de gaz entre les cylindres de sorte à limiter les pertes par pompage, tout en réduisant les délais de conception et en garantissant la tenue en fatigue. Pour résoudre ce problème, il est prévu selon l'invention un procédé de détermination d'évents de bas carter d'un carter de moteur thermique multicylindres, caractérisé en ce que : -on définit dans le bas carter un espace disponible de conception et que l'on détermine dans l'espace disponible des zones d'évent par une étape d'optimisation topologique, là où ladite étape d'optimisation conduit à enlever toute matière et, - on élabore par un opérateur un tracé du bas carter avec ses évents définitifs sur la base des zones d'évent identifiées par l'étape d'optimisation topologique. De préférence, l'étape d'optimisation topologique comprend le respect d'un critère de durée de vie. De préférence encore le critère de durée de vie est supérieur à 108 cycles, pour être représentatif d'une durée de vie d'un moteur de véhicule automobile. De préférence, l'étape d'optimisation topologique comprend le respect d'un critère de symétrie relativement à un plan passant par l'axe des cylindres. De préférence, l'étape d'optimisation topologique comprend le respect d'un critère de respect d'une surface minimum de zone d'évent, pour limiter les pertes de charge. De préférence, l'étape d'optimisation topologique comprend le respect d'un critère de seuil d'épaisseur maximum. Dans une variante, le procédé comprend une étape de vérification de la tenue en fatigue du tracé élaboré par l'opérateur. Brève description des dessins D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : - La figure 1 est une vue en coupe d'un carter cylindre de moteur à combustion interne à piston de l'art antérieur. - La figure 2 est une vue en coupe d'un carter cylindre de moteur à combustion interne à piston de l'art antérieur équipé d'un trou d'évent disposé dans l'axe du cylindre. - Les figures 3 à 5 illustrent l'avancement du procédé de l'invention jusqu'à l'obtention des évents. Description détaillée Les figure 3 à 5 illustrent plus en détails les étape du procédé de détermination d'évent de bas carter d'un carter de moteur thermique multicylindres selon l'invention. Sur la figure 3 on a représenté une tranche de carter cylindre 1' sur laquelle on a défini une zone 7 fonctionnelle figée et délimité un espace 8 disponible pour la conception d'évents. La zone 7 fonctionnelle figée correspond à la partie du carter cylindre 1' dont on ne souhaite pas modifier la forme. L'espace 8 disponible pour la conception correspond à un volume dans lequel on s'autorise une modification de la forme du bas carter de sorte à y placer les évents. On réalise ensuite un maillage 9 des deux zones 7, 8 sous forme d'éléments finis. On procède ensuite à une étape d'optimisation topologique de l'espace 8 disponible. Cette étape d'optimisation topologique est basée sur des calculs par éléments finis. Cette étape consiste à trouver la répartition de matière idéale dans l'espace 8 dans le respect de critères de conception déterminés. Sur la figure 4, on a représenté le résultat de l'optimisation topologique de l'espace 8 disponible. Là où l'étape d'optimisation conduit à enlever toute matière apparaissent des zones 10 d'évent. Parmi les critères de conception choisis pour l'étape d'optimisation topologique, on retient de préférence : - Un critère de durée de vie, exprimé en nombre de cycle, qui caractérise la tenue à la fatigue. Par exemple, la durée de vie est choisie supérieure à 108 cycles. - Un critère de symétrie relativement au plan passant par l'axe Z-Z des cylindres 2, facilitant la réalisation des moules. - Un seuil d'épaisseur maximum. Par exemple le seuil d'épaisseur maximum est de 20 mm. - Une surface minimum d'évent 10, d'ordre de grandeur 10 cm2. On remarque avec surprise que l'optimisation fait apparaitre plusieurs évents, là où l'art antérieur consistait à en faire qu'un seul comme illustré sur la figure 2. De plus la disposition de ces zones 10a, 10b, 10c, 10d d'évents ne coupe plus le plan passant par l'axe Z-Z des cylindres 2. Afin de rendre le résultat de l'étape d'optimisation topologique compatible avec la réalité industrielle, le procédé de l'invention comprend encore une étape d'élaboration par un opérateur d'un tracé (figure 5) du bas carter avec ses évents 10b, 10'c, 10'd définitifs sur la base des zones d'évent 10a, 10b, 10c, 10d identifiés par l'étape d'optimisation topologique. Cette étape d'élaboration du tracé permet de prendre en compte des contraintes supplémentaires telles que le passage d'un alésage pour l'alimentation en huile des paliers. Le procédé peut encore comprendre une étape de vérification de la tenue en fatigue du tracé élaboré et une étape de validation du tracé élaboré si la tenue en fatigue est avérée. L'invention permet d'obtenir du premier coup, donc avec une durée de conception raccourcie par rapport à l'art antérieur, un carter cylindre dont le bas carter dispose d'évents permettant de limiter les pertes par pompage, tout en garantissant une tenue à fatigue appropriée. REVENDICATIONS1. Procédé de détermination d'évents de bas carter d'un carter de moteur thermique multicylindres, caractérisé en ce que : -on définit dans le bas carter un espace (8) disponible de conception et que l'on détermine dans l'espace (8) disponible des zones d'évent (10a, 10b, 10c, 10d) par une étape d'optimisation topologique, là où ladite étape d'optimisation conduit à enlever toute matière et, - on élabore par un opérateur un tracé du bas carter avec ses évents définitifs (10'b, 10'c, 10'd) sur la base des zones d'évent (10a, 10b, 10c, 10d) identifiées par l'étape d'optimisation topologique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape d'optimisation topologique comprend le respect d'un critère de durée de vie. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le critère de durée de vie est supérieur à 108 cycles. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape d'optimisation topologique comprend le respect d'un critère de symétrie relativement à un plan passant par l'axe (Z-Z) des cylindres (2). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape d'optimisation topologique comprend le respect d'un critère de respect d'une surface minimum de zone d'évent. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape d'optimisation topologique comprend le respect d'un critère de seuil d'épaisseur maximum. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de vérification de la tenue en fatigue du tracé élaboré par l'opérateur.