Brevet FR3061442A1 — publié le 20180706

INSERT DOTE D'UNE STRUCTURE EN TREILLIS POUR FAVORISER UN REFROIDISSEMENT D'UN MOTEUR THERMIQUE [0001] La présente invention porte sur un insert doté d'une structure en treillis pour favoriser un refroidissement d'un moteur thermique. L'invention trouve une application particulière avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine des véhicules automobiles. [0002] De façon connue en soi, un moteur thermique comporte un bloc-cylindres destiné à être recouvert par une culasse logeant généralement les soupapes d'admission et d'échappement. Un joint de culasse est interposé entre la culasse et le bloc-cylindres. Ce joint assure l'étanchéité de chaque chambre de combustion, ainsi que des circuits de refroidissement et de lubrification ménagés dans la culasse et le bloc-cylindres. [0003] Les nouvelles normes européennes autorisent une augmentation de la température des gaz échappement avant le turbocompresseur lorsque le moteur fonctionne à pleine charge. La température des gaz d'échappement va ainsi pouvoir passer de 980°C à 1070°C. Cela vise à compenser lasuppression de la possibilité de faire fonctionner le moteur avec un rapport stoechiométrie supérieur à un. Une telle hausse de température est toutefois susceptible de nuire à la tenue thermo-mécanique de la culasse et du bloc-cylindres. [0004] Le procédé de fabrication des noyaux d'eau de la culasse, réalisé généralement par fonderie gravité ou procédé par modèle perdu, ne permet pas d'obtenir des formes fines et complexes, ce qui limite les surfaces d'échanges possibles pour le refroidissement. Ces procédés nécessitent également de prévoir des épaisseurs de matière minimum pour garantir la tenue mécanique de la culasse. [0005] L'invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant un insert pour moteur thermique caractérisé en ce qu'il comporte : - une partie délimitant une portion d'un noyau d'eau, et - une structure en treillis positionnée à l'intérieur de la portion du noyau d'eau, - l'insert étant destiné à être positionné dans une zone du moteur thermique à fortes contraintes thermiques. [0006] L'invention permet ainsi d'améliorer, du fait des formes complexes de la structure en treillis, l'échange thermique avec un circuit de refroidissement de la chambre de 3061442 2 combustion du moteur thermique pour diminuer la température de cette dernière et ainsi favoriser une meilleure combustion. [0007] Selon une réalisation, la structure en treillis est constituée par une répétition d'une pluralité d'éléments. 5 [0008] Selon une réalisation, les éléments présentent des portions pleines dont l'épaisseur est comprise entre 1 mm et 4 mm. [0009] Selon une réalisation, chaque élément de la structure en treillis est circonscrit dans un cube ayant une arête comprise entre 5mm et 12mm. [0010] Selon une réalisation, la structure en treillis est perméable à l'eau. 10 [0011] Selon une réalisation, l'insert est réalisé dans un matériau à base de métal. [0012] Selon une réalisation, l'insert comporte une interface consistant en un cordon de matière en saillie faisant le tour de la structure en treillis, ce cordon de matière étant destiné à venir en appui contre au moins un noyau de sable environnant de manière à jouer un rôle de joint. 15 [0013] L'invention a également pour objet une culasse moulée de moteur thermique, notamment pour un véhicule automobile, comportant au moins un insert tel que précédemment défini inséré à la coulée de ladite culasse. [0014] Selon une réalisation, l'insert comprend en outre une portion d'un pontet séparant deux logements de soupapes, et une partie délimitant une portion d'au moins un logement 20 de soupape. Cela permet ainsi de réduire l'épaisseur de matière sur le toit de chambre de combustion tout en augmentant la raideur, donc la tenue mécanique de l'ensemble. [0015] Selon une réalisation, un insert est intégré à proximité d'un logement de bougie du moteur thermique. [0016] L'invention a également pour objet un carter-cylindres de moteur thermique, 25 comportant un insert tel que précédemment défini inséré à la coulée dudit carter-cylindres. [0017] Selon une réalisation, l'insert est implanté dans une zone inter-fûts du carter-cylindres. 3061442 3 [0018] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. [0019] La figure 1 est une vue d'une partie d'une face combustion de la culasse selon 5 l'invention comportant des inserts intégrés dans les zones subissant les plus fortes contraintes thermiques; [0020] La figure 2 est une vue en perspective détaillée d'un insert selon la présente invention destiné à être intégré dans la culasse de la figure 1; [0021] La figure 3 est une vue de dessous montrant par transparence la structure en 10 treillis de l'insert selon la présente invention; [0022] La figure 4 est une vue en coupe de la culasse au niveau d'un pontet dans lequel est intégré un insert selon l'invention formant une portion du noyau d'eau inférieur; [0023] La figure 5 est une vue en perspective détaillée d'un élément appartenant à la structure en treillis de l'insert selon la présente invention. 15 [0024] Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. [0025] La figure 1 représente une partie d'une face combustion 10 d'une culasse 12 de moteur thermique, celui pouvant notamment équiper un véhicule automobile, fermant une chambre de combustion d'un cylindre du moteur thermique. La culasse 12 comportant la 20 face combustion 10 recouvre un bloc-cylindres et un joint de culasse monté entre ces deux éléments (non représentés). Le bloc-cylindres et la culasse 12 sont par exemple réalisés dans un alliage d'aluminium. [0026] La face combustion 10 comporte des logements 11, 13 respectivement pour le montage d'une bougie et d'un injecteur (non représentés). La face combustion 10 25 comporte deux logements de soupapes d'admission 14 et deux autres logements de soupapes d'échappement 15 débouchant chacun dans la chambre de combustion du cylindre correspondant. Le nombre de logements de soupapes d'admission et d'échappement 14, 15 pourra bien entendu varier selon les besoins. Dans tous les cas, la face combustion 10 comporte au moins un logement de soupape d'admission et au moins 30 un logement de soupape d'échappement 15. 3061442 4 [0027] Les logements de soupapes 14, 15 sont séparés entre eux par une paroi étroite dénommée "pontet" 17, 18. Ainsi, les deux logements de soupapes d'admission 14 sont séparés entre eux par un pontet inter-admission 17, et les deux logements de soupapes d'échappement 15 sont séparés entre eux par un pontet inter-échappement 18. 5 [0028] Comme cela est représenté sur la figure 4, la culasse 12 comporte en outre un noyau d'eau supérieur 20 et un noyau d'eau inférieur 21 ménagés dans un pontet 17, 18. Ces noyaux d'eau 20 et 21 sont parcourus par un liquide de refroidissement, par exemple de l'eau contenant de l'anti-gel. [0029] En outre, des inserts 22 sont implantés dans les pontets 17, 18. Comme cela est 10 représenté sur les figures 2 et 3, chaque insert 22 comporte une portion 23 du pontet correspondant 17 ou 18, et une partie 25 délimitant une portion des logements de soupape 14, 15 correspondants (c'est-à-dire une portion des logements de soupapes d'admission 14 pour l'insert 22 implanté dans le pontet inter-admission 17 ou une portion des logements de soupapes d'échappement 15 pour l'insert 22 implanté dans le pontet inter- 15 échappement 18). L'insert 22 comporte également une partie 27 délimitant une portion du noyau d'eau inférieur 21. [0030] Chaque insert 22 comporte en outre une structure en treillis 24 positionnée à l'intérieur de la portion du noyau d'eau 21 délimitée par l'insert 22. La structure en treillis 24 est constituée par une répétition d'une pluralité d'éléments 26 décrits plus en détails ci-20 après. [0031] Les inserts 22 sont réalisés par exemple dans un matériau à base de métal, tel que de l'aluminium. Les inserts 22 sont de préférence réalisés dans le même matériau que la culasse 12 afin d'éviter des écarts de dilatation entre l'insert 22 et le reste de la culasse 12 lors de la coulée de la culasse 12. 25 [0032] Chaque insert 22 présente une interface 29 destinée à venir s'appuyer sur un noyau de sable utilisé pour l'obtention des formes creuses des noyaux d'eau 20 et 21. Plus précisément, cette interface 29 consiste en un cordon de matière en saillie faisant le tour de la structure en treillis 24, tel que cela montré sur la figure 2. Ce cordon de matière est destiné à venir en appui contre les noyaux de sable environnants de manière à jouer un 30 rôle de joint pour empêcher que le métal en fusion vienne s'introduire dans la structure en treillis 24 lors de la coulée de la culasse. Chaque insert 22 présente également une partie qui favorise la cohésion de matière entre l'insert 22 et la coulée. Cette partie pourra avoir 3061442 5 des formes diverses comme des créneaux, des crans, des vagues, ou toute autre forme assurant la bonne cohésion de matière entre l'insert 22 et la coulée. [0033] Compte tenu de leur positionnement du côté de la chambre de combustion, les inserts 22 permettent de contrôler une hauteur du toit de chambre. En effet, les inserts 22 5 présentant des dimensions figées, il n'est pas nécessaire de surdimensionner la hauteur du toit de chambre pour compenser des éventuels phénomènes de balancement des noyaux de sables lors de la coulée de la culasse 12. La hauteur H1 de toit de chambre représentée sur la figure 2 est comprise par exemple entre 2mm et 3mm. [0034] Les éléments 26 de la structure en treillis 24 sont avantageusement obtenus par 10 impression en trois dimensions afin de pouvoir réaliser des formes complexes. Dans l'exemple de la figure 5, chaque élément 26, globalement en forme d'étoile, comporte une pluralité de bras 30 de forme cylindrique issus d'une partie centrale 28. Toutefois, en variante, chaque élément 26 pourra présenter une forme différente avec des portions pleines 30 de section carrée, ovale, losange, ou autre. 15 [0035] Dans tous les cas, l'épaisseur des portions pleines 30 est de préférence comprise entre 1mm et 4mm. Par ailleurs, chaque élément 26 est circonscrit dans un cube ayant une arête comprise entre 5mm et 12mm. [0036] La structure en treillis 24 est obtenue par répétition des éléments 26 de façon rectiligne ou circulaire. La structure en treillis 24 est perméable à l'eau. Autrement dit, la 20 section de passage entre deux éléments 26 adjacents de la structure en treillis 24, notamment entre deux portions pleines de ces éléments 26, est suffisante pour autoriser le passage de l'eau à l'intérieur du noyau d'eau 21. [0037] Un autre insert 22' pourra également être intégré à proximité du logement de bougie 11 du moteur thermique, tel que cela est illustré sur la figure 1. Plus généralement, 25 un insert 22, 22' comportant une structure en treillis 24 pourra être implanté dans toute zone du moteur soumise à de fortes contraintes thermiques. [0038] On précise également que des inserts 22 analogues à ceux précédemment décrits pourront également être positionnés dans les zones inter-fûts d'un bloc-cylindres du moteur thermique. REVENDICATIONS: 1. Insert (22) pour moteur thermique caractérisé en ce qu'il comporte : - une partie (27) délimitant une portion d'un noyau d'eau (21), et - une structure en treillis (24) positionnée à l'intérieur de ladite portion dudit noyau d'eau (21), - ledit insert (22) étant destiné à être positionné dans une zone dudit moteur thermique à fortes contraintes thermiques. 2. Insert selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite structure en treillis (24) est constituée par une répétition d'une pluralité d'éléments (26). 3. Insert selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que chaque élément (26) de ladite structure en treillis (24) est circonscrit dans un cube ayant une arête comprise entre 5mm et 12mm. 4. Insert selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite structure en treillis (24) est perméable à l'eau. 5. Insert selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une interface (29) consistant en un cordon de matière en saillie faisant le tour de ladite structure en treillis (24), ce cordon de matière étant destiné à venir en appui contre au moins un noyau de sable environnant de manière à jouer un rôle de joint. 6. Culasse (12) moulée de moteur thermique, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un insert (22) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 inséré à la coulée de ladite culasse. 7. Culasse selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit insert (22) comprend en outre une portion (23) d'un pontet (17, 18) séparant deux logements de soupapes (14, 15), et une partie (25) délimitant une portion d'au moins un logement de soupape (14, 15). 8. Culasse selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce qu'un insert (22') est intégré à proximité d'un logement de bougie (11) dudit moteur thermique. 3061442 7 9. Carter-cylindres coulé de moteur thermique, notamment de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un insert (22) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 inséré à la coulée dudit carter-cylindres. 5 10. Carter-cylindres selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit insert (22) est implanté dans une zone inter-fûts dudit carter-cylindres.