Brevet FR2986726A1 — publié le 20130816

B11-4052FR 1 Noyau de coulée pour une culasse de cylindres d'un moteur à combustion interne et culasse associée. L'invention concerne la réalisation d'une culasse de cylindres d'un moteur à combustion interne, la culasse comprenant plusieurs circuits de cylindre, et plus particulièrement un noyau de coulée pour un canal d'huile et un canal de dégazage du carter moteur, obtenus par coulée, dans une telle culasse de cylindre. Les culasses sont des pièces complexes en fonte ou en alliage d'aluminium obtenues par fonderie. Elles comportent généralement des conduits d'admission, des conduits d'échappement, des chambres d'eau, des soupapes et leur système de commande, des dispositifs d'injection et/ou d'allumage. Les culasses sont généralement réalisées en utilisant un noyautage de sable pour la construction des conduits internes d'eau, d'huile, d'admission et d'échappement, ainsi que la construction du conduit de dégazage du carter moteur (en anglais « blow-by ») couplant le carter d'huile au circuit d'admission. Un noyau, ou noyau de coulée, est un composant d'un moule, réalisé en sable, et permettant de réaliser les évidements intérieurs d'une pièce à mouler ou des zones en contre-démoulage. Un noyau est réalisé en moulant du sable dans une boîte à noyau en bois, en résine ou en métal. Du sable auquel ont été incorporés des liants est projeté dans la boîte à noyau, puis un flux de gaz tel que du SO2 par exemple, est soufflé sur le sable pour permettre le durcissement. Un moule de fonderie en sable, tel qu'un moule de culasse, est généralement constitué d'une partie inférieure, d'une partie supérieure et d'un ou plusieurs noyaux suivant la complexité de la pièce à réaliser. Lors du moulage d'une culasse, les noyaux sont mis en place dans un moule ou une coquille (moule métallique). Quelques minutes après la coulée, le sable constituant le noyau est extrait des pièces lors d'une opération de débourrage ou de décochage, les résines de constitution ayant perdu leurs propriétés mécaniques au contact du métal. Dans l'étude d'une culasse destinée à un moteur à combustion interne, trois objectifs principaux sont prix en compte : un bon rendement, un niveau de pollution très bas et un prix de revient très faible. Ces trois objectifs ne sont pas toujours compatibles. Il est connu de réaliser chacun des noyaux de sable compris dans la culasse indépendamment les uns par rapport aux autres. Cependant, le coût de revient d'une culasse est proportionnel au nombre de noyaux de coulée utilisés, tout comme le coût de renouvellement chaque 150000 pièces, et les coûts sont donc multipliés avec le nombre de noyaux de coulée utilisés. La géométrie compliquée des culasses ne permet généralement pas de rassembler de façon simple deux circuits de conduits différents dans un même noyau, comme un circuit d'huile et un circuit de blowby par exemple. Ceci a pour conséquences de multiplier le nombre de noyaux nécessaires. Il est ainsi courant d'avoir 5 à 6 noyaux différents utilisés pour un même moule de culasse quelque soit la technologie de coulée aluminium utilisée (gravité, rotacast, basse pression, ...), et par conséquent d'avoir un coût de revient et un coût de renouvellement multipliés par 5 ou 6. L'invention se propose de réduire les coûts financiers et de simplifier la construction des noyaux de coulée de la culasse en proposant un moule pour la réalisation d'une culasse par coulée, le moule ayant un nombre réduit de noyaux, et notamment un noyau de coulée comportant deux circuits de conduits. Selon un aspect de l'invention, il est proposé, dans un mode de réalisation, un noyau de coulée pour une culasse de moteur à combustion interne comprenant une première portion pour réaliser par coulée des conduits d'un circuit d'huile du moteur et une seconde portion pour réaliser par coulée des conduits d'un circuit de dégazage du carter moteur, la première et la seconde portions du noyau de coulée faisant partie d'une seule pièce de noyau. En ayant ainsi un noyau pour la réalisation de deux circuits, on réduit le nombre de noyau utilisé pour le moulage d'une culasse, et par conséquent les coûts de revient et de renouvellement sont réduits. Avantageusement, la seconde portion du noyau peut comprendre des cheminées de recirculation en saillie comportant une partie inférieure possédant un angle de démoulage compris entre 5° et 7° par rapport à la verticale. L'angle de démoulage peut varier en fonction de la rigidité de la structure à démouler et de la concentration de points chauds qui peuvent réduire la durée de vie du moule. De préférence, la seconde portion du noyau comprend des cheminées de recirculation en saillie dont l'extrémité libre d'une partie inférieure possède un écart de démoulage compris entre 2 mm et 2,4 mm, et de préférence de 2,2 mm, par rapport à un plan vertical passant par l'extrémité opposée de la partie inférieure de la cheminée. Les noyaux de coulée sont réalisés en sable par moulage dans des moules métalliques. Avec un écart de démoulage inférieur à 1,5 mm, ou bien un angle de démoulage inférieur à 5°, les noyaux en sable cassent lors du démoulage. Avec un écart de démoulage compris entre 1,5 mm et 2 mm, il existe encore un risque de casse de la cheminée de recirculation lors du démoulage du noyau de coulée. L'angle maximum de démoulage est limité par la section de la cheminée de recirculation du circuit de dégazage du carter moteur. Un angle trop important restreint la section de la cheminée de manière trop importante pour conserver un bon rendement du moteur. De préférence, les cheminées de recirculation en saillie de la seconde portion comprennent une section minimale de 11cm2 afin d'obtenir un bon rendement du moteur à combustion interne. La section maximale est limitée par des contraintes de poids total de la culasse, ce poids total ayant une influence directe sur le taux d'émission de CO2. Selon un autre aspect, il est proposé dans un mode de réalisation, une culasse de cylindres d'un moteur à combustion interne réalisée à partir d'un tel noyau de coulée pour une culasse de moteur à combustion interne. Selon un autre aspect, il est proposé, dans un mode de mise en oeuvre, un procédé de moulage d'une culasse de moteur à combustion interne comprenant : - la réalisation d'un noyau de coulée en sable par moulage dans un premier moule pour un noyau de coulée comprenant une première portion pour réaliser par coulée des conduits d'un circuit d'huile du moteur et une seconde portion pour réaliser par coulée des conduits d'un circuit de dégazage du carter moteur, la première et la seconde portions du noyau de coulée faisant partie d'une seule pièce de noyau ; - le démoulage du noyau de coulée - l'introduction dudit noyau dans un second moule pour une culasse de moteur à combustion interne ; - une coulée d'un métal ou d'un alliage métallique dans le second moule pour former la culasse ; - le démoulage de la culasse ; et - un décochage du sable du noyau de coulée. D' autres avantages et caractéristiques de l' invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de réalisation, nullement limitatif, et des dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 représente une vue de dessus de la face de distribution d'une culasse d'un moteur à combustion interne selon un mode de réalisation ; la figure 2 représente une vue en coupe de la culasse de la figure 1 selon un plan brisé II-II' ; la figure 3 représente plus particulièrement une vue en coupe d'une cheminée d'un circuit de dégazage du carter moteur selon un mode de réalisation ; la figure 4 présente un organigramme d'un procédé de moulage d'une culasse selon un mode de mise en oeuvre de l'invention. Sur la figure 1 est représentée schématiquement une culasse 1 d'un moteur à combustion interne selon un mode de réalisation de l'invention, et plus particulièrement, une vue de la face de distribution D comprenant l'axe de l'arbre à cames du moteur à combustion interne. La culasse 1 comprend une paroi 2 délimitant une zone 3 de réception d'huile apte à être baignée d'huile et communiquant avec un circuit d'huile. La zone 3 comprend trois passages 4 d'entrée communiquant avec un circuit d'huile 5 à basse pression permettant d'amener l'huile à basse pression depuis l'une des faces latérales Ll ou L2 de la culasse jusque dans la zone 3. Le circuit d'huile 5 disposé sous la zone 3 de réception d'huile est visible sur la figure 2 qui représente une coupe de la culasse de la figure 1 selon un plan brisé II-II'. La zone 3 comprend également des passages de sortie 5 d'huile permettant d'acheminer l'huile contenue dans la zone 3 via un conduit 6 visible sur la figure 2 jusqu'à la face de combustion C de la culasse 1, opposée à la face de distribution D, et jusqu'au carter d'huile. La zone 3 comprend huit orifices 7 aptes à recevoir les poussoirs des soupapes des cylindres du moteur à combustion interne. Les orifices 7 de soupapes sont alignés selon un axe (repéré en trait d'axe sur la figure 1) s'étendant entre les deux faces latérales Ll et L2 de la culasse 1 et par lequel passe l'arbre à came du moteur à combustion interne. La paroi 2 comprend des cavités 8 en forme de U le long de cet axe destinées à supporter l'arbre à cames du moteur. La zone 3 comprend également des logements 9 pour des vis de fixation de la culasse 1. La culasse 1 comprend également un conduit d'admission 10 débouchant sur une des faces latérales Ll ou L2 et capable d'amener l'air jusqu'aux orifices de soupape 7 via quatre cheminées non visibles sur les figures 1 et 2. La culasse 1 comprend également un circuit de dégazage du carter moteur permettant une recirculation de l'huile dégazée jusque dans le circuit d'huile. Ce circuit de dégazage du carter moteur comprend trois cheminées 11 de recirculation comportant une partie supérieure 12 débouchant sur la face de distribution D de la culasse 1 et communiquant avec une partie inférieure 13 débouchant sur la face de combustion C de la culasse 1. Comme cela apparaît sur la figure 2, la partie inférieure 13 et la partie supérieure 12 ne sont pas dans le même plan. Le conduit définissant la partie supérieure 12 de la cheminée 11 de recirculation est en appui sur un pilier 14. La culasse 1 comprend également des conduits 15 d'un circuit d'eau couplés ensemble pour le refroidissement de la culasse 1. Afin de réaliser une telle culasse 1 selon l'invention, on utilise une collection de noyaux de coulée comprenant un noyau de circuit d'eau, un noyau d'amission, un noyau de plenum et un noyau commun permettant la réalisation à la fois du circuit de dégazage du carter moteur et du circuit d'huile. Pour réaliser un tel noyau commun, la partie inférieure 13 de la cheminée 11 de recirculation est réalisée avec un angle a de démoulage par rapport à la verticale qui est parallèle au pilier 14, comme cela est illustré sur la figure 3. Comme on peut le voir sur cette figure, la droite en trait d'axe référencée R sur la figure 3 est orthogonale aux faces de distribution D et de combustion C et parallèle à l'axe de la partie supérieure 12 de la cheminée 11 de recirculation. Dans ce mode de réalisation, la partie inférieure 13 possède un angle a de démoulage compris 5° et 7°. Plus particulièrement, l'extrémité de la partie inférieure 13 présente au niveau de la face de combustion C un écart de démoulage de 2,2 mm par rapport à la verticale représentée en trait d'axe et passant par le point de jonction entre la partie inférieure 13 et la partie supérieure 12 de la cheminée 11. Cet angle a de démoulage entre la partie inférieure 13 de la cheminée 11 et la verticale permet de démouler le noyau de coulée commun du moule utilisé pour la réalisation dudit noyau de coulée commun en sable sans risquer de le casser avant de l'introduire dans le moule de la culasse 1 pour la réalisation par coulée des circuits d'huile et de dégazage du carter moteur. Si l'écart de démoulage est inférieur à 2 mm entre la verticale et l'extrémité de la partie inférieure 13 au niveau de la face de combustion C, il y a un risque que lors du démoulage le noyau de coulée commun en sable casse et ne puisse par conséquent pas être utilisé pour réaliser la culasse 1. Si l'écart de démoulage est inférieur à 1,5 mm, le noyau de coulée cassera à chaque fois lors du démoulage initial pour la réalisation dudit noyau de coulée commun. Dans ce mode de réalisation, la section de la partie inférieure 13, possède au niveau de la face de combustion C de la culasse 1, présente une surface comprise entre 10 cm2 et 14 cm2, ce qui permet de conserver un bon rendement moteur. La figure 4 présente un organigramme d'un procédé de moulage de la culasse 1 selon un mode de mise en oeuvre. Le moulage de la culasse 1 comprend tout d'abord une étape initiale 410 de réalisation d'un noyau de coulée commun en sable par moulage dans un premier moule. Le noyau de coulée commun est destiné à réaliser un circuit d'huile et un circuit de dégazage du carter moteur. Le noyau de coulée commun comprend une première portion pour réaliser par coulée des conduits d'un circuit d'huile du moteur et une seconde portion pour réaliser par coulée des conduits d'un circuit de dégazage du carter moteur, la première et la seconde portions du noyau de coulée faisant partie d'une seule pièce de noyau. Puis dans une seconde étape 420, le noyau de coulée commun est démoulé. Afin d'éviter que le noyau de coulée commun en sable ne se dégrade lors du démoulage, la partie inférieure 13 de la cheminée 11 possède un angle a de démoulage par rapport à la verticale. Dans une étape suivante 430, on introduit le noyau de coulée commun ainsi que les autres noyaux de coulée dans un second moule pour la culasse 1 du moteur à combustion interne. Dans une étape 440, on procède à une coulée d'un métal ou d'un alliage métallique dans le second moule pour former la culasse 1. A l'issue de la coulée et du refroidissement du métal, on démoule dans une étape 450 la culasse 1, et on décoche dans une étape 460 le sable des noyaux de coulée. Le noyau de coulée selon l'invention permet ainsi de réduire les coûts de revient et de simplifier la construction des noyaux de coulée de la culasse en proposant un noyau regroupant un circuit d'huile et un circuit de dégazage du carter moteur, un moule pour la réalisation d'une culasse par coulée à partir d'un tel noyau, le moule ayant par conséquent un nombre réduit de noyaux. REVENDICATIONS1. Noyau de coulée pour une culasse (1) de moteur combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend une première portion pour réaliser par coulée des conduits d'un circuit d'huile du moteur et une seconde portion pour réaliser par coulée des conduits d'un circuit de dégazage du carter moteur, la première et la seconde portions du noyau de coulée faisant partie d'une seule pièce de noyau. 2. Noyau de coulée selon la revendication 1, dans lequel la seconde portion du noyau comprend des cheminées (11) de recirculation en saillie comportant une partie inférieure (13) possédant un angle de démoulage compris entre 5° et 7° par rapport à la verticale. 3. Noyau de coulée selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la seconde portion du noyau comprend des cheminées (11) de recirculation en saillie dont l'extrémité libre d'une partie inférieure (13) possède un écart de démoulage compris entre 2 mm et 2,4 mm, et de préférence de 2,2 mm, par rapport à un plan vertical passant par l'extrémité opposée de la partie inférieure (13) de la cheminée (11). 4. Noyau de coulée selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel les cheminées (11) de recirculation en saillie de la seconde portion (12) comprennent une section minimale comprise entre 10 cm2 et 14 cm2, et de préférence de 11 cm2. 5. Noyau de coulée selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel les conduits de dégazage du carter moteur comprennent une section minimale comprise entre 10 cm2 et 14 cm2, et de préférence de 11 cm2. 6. Culasse (1) de cylindres d'un moteur à combustion interne, caractérisée en ce qu'elle est réalisée à partir d'un noyau de coulée pour une culasse de moteur à combustion interne comprenant une première portion pour réaliser par coulée des conduits d'un circuit d'huile du moteur et une seconde portion pour réaliser par coulée des conduits d'un circuit de dégazage du carter moteur, la première et laseconde portions du noyau (10) de coulée faisant partie d'une seule pièce de noyau. 7. Culasse (1) selon la revendication 6, comprenant des conduits de dégazage du carter moteur réalisés à partir de cheminées (10) de recirculation comprises dans la seconde portion du noyau (10), en saillie et comportant une partie inférieure (13) possédant un angle de démoulage compris entre 5° et 7° par rapport à la verticale. 8. Culasse (1) selon l'une des revendications 6 ou 7, comprenant des conduits de dégazage du carter moteur réalisés à partir de cheminées (11) de recirculation comprises dans la seconde portion du noyau, en saillie et dont l'extrémité libre d'une partie inférieure (13) possède un écart de démoulage compris entre 2 mm et 2,4 mm, et de préférence de 2,2 mm, par rapport à un plan vertical passant par l'extrémité opposée de la partie inférieure (13) de la cheminée (11). 9. Procédé de moulage d'une culasse (1) de moteur combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend : - la réalisation d'un noyau de coulée en sable par moulage dans un premier moule pour un noyau de coulée comprenant une première portion pour réaliser par coulée des conduits d'un circuit d'huile du moteur et une seconde portion pour réaliser par coulée des conduits d'un circuit de dégazage du carter moteur, la première et la seconde portions du noyau de coulée faisant partie d'une seule pièce de noyau ; - le démoulage du noyau de coulée ; - l'introduction dudit noyau dans un second moule pour une culasse (1) de moteur à combustion interne ; - une coulée d'un métal ou d'un alliage métallique dans le second moule pour former la culasse (1) ; - le démoulage de la culasse (1) ; et - un décochage du sable du noyau de coulée. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel la seconde portion du noyau est réalisée avec des cheminées (11) de recirculation en saillie comportant une partie inférieure (13) possédantun angle de démoulage compris entre 5° et 7° par rapport à la verticale. 11. Procédé selon l'une des revendications 9 ou 10, dans lequel la seconde portion du noyau est réalisée avec des cheminées (11) de recirculation en saillie dont l'extrémité libre d'une partie inférieure (13) possède un écart de démoulage compris entre 2 mm et 2,4 mm, et de préférence de 2,2 mm, par rapport à un plan vertical passant par l'extrémité opposée de la partie inférieure (13) de la cheminée (11). 12. Procédé selon l'une des revendications 10 ou 11, dans lequel les cheminées (11) de recirculation en saillie de la seconde portion sont réalisées avec une section minimale comprise entre 10 cm2 et 14 cm2, et de préférence de 11 cm2.