Brevet FR3085724A1 — publié le 20200313

DESCRIPTION TITRE : PROCEDE DE REFROIDISSEMENT D'UN INJECTEUR POUR MOTEUR A INJECTION DIRECTE D'ESSENCE Domaine technique de l'invention La présente invention concerne le refroidissement d'un injecteur d'essence pour un moteur thermique de véhicule automobile, notamment un moteur à bi--carburation. La présente invention concerne également le refroidissement de l'environnement de l'injecteur d'essence du moteur thermique. La présente invention concerne plus particulièrement un procédé de traitement 10 de surface d'un puits pour un injecteur GDI acronyme pour « Gazoline Direct Injection » ou à injection directe d'essence. Etat de la technique De manière connue, un moteur thermique ou à combustion interne peut être alimenté par deux types de carburant qui sont en général de l'essence et du gaz liquide 15 connu sous l'acronyme de GNV pour gaz naturel pour véhicule. Les deux carburants sont injectés dans une chambre à combustion du moteur. La chambre à combustion, de manière connue est délimitée par la paroi d'un cylindre creusé dans un carter-cylindre, une face inférieure d'une culasse fixée contre un plan de joint en face supérieure du carter-cylindres, et un piston mobile en coulissement selon l'axe du cylindre selon un z0 mouvement de va-et-vient. L'injection du carburant dans la chambre à combustion est effectuée grâce à un injecteur qui est fixé dans la culasse sensiblement parallèlement à l'axe du cylindre et présentant un embout d'injection débouchant de la face inférieure de la culasse dans la chambre à combustion. Pour un moteur thermique bi-carburation, il existe donc deux 25 injecteurs, chacun desdits injecteurs permet l'injection dans la chambre à combustion d'un carburant diffèrent l'un de l'autre. 2 Pour l'injecteur à essence, un problème connu est la cokéfaction dudit injecteur suite à un défaut de refroidissement. Les publications FR2906576-Al et FR 2907854-Al proposent un agencement de refroidissement d'un injecteur dans un logement d'un élément de moteur; ledit agencement comprend un empilement de rondelles ou de spires hélicoïdales de ressort entourant ledit injecteur et disposé dans le logement destiné à accueillir l'injecteur. Un inconvénient est la mise en place dudit empilement sans augmenter considérablement le logement destiné à accueillir l'injecteur. De plus, le maintien de l'empilement dans le logement entraine des contraintes de taraudage fortes pour assurer le contact de l'empilage d'une part avec l'injecteur et d'autre part avec la paroi du logement, et la tenue en position de l'empilement avec des dilatations relatives de chacun des composants au contact c'est-à-dire l'injecteur, l'empilement et la paroi de la culasse. On connaît aussi un dispositif de protection de l'injecteur thermique comprenant une chaussette tubulaire métallique insérée par frettage dans le conduit de logement de l'injecteur, ladite chaussette tubulaire étant adaptée pour entourer l'embout aval tourné vers la chambre à combustion de l'injecteur, pour protéger d'une part ledit injecteur des remontées de gaz et d'autre part de transférer de la chaleur vers la culasse. Un inconvénient est le montage par frettage de ladite chaussette dans le conduit entrainant d'une part des contraintes d'usinage du conduit et de la chaussette et d'autre part le matériau de la chaussette à base d'acier n'étant pas optimal pour les transferts de chaleur Il est connu aussi de faire fonctionner le moteur bi-carburation avec un seul des deux carburants à un instant donné. Plus simplement, un seul des deux carburants est injecté dans la chambre à combustion à un instant donné. De manière générale. Lorsque le moteur fonctionne, le premier carburant qui peut être de l'essence circule dans l'injecteur et joue le rôle de fluide caloporteur pour limiter la montée en température de l'injecteur au-delà de la température critique de cokéfaction du carburant (environ 2500C). Cependant, lors la phase de fonctionnement du moteur avec le deuxième carburant, l'injecteur du premier carburant est soumis à de très hautes températures et doit être refroidi en conséquence. La manière la plus évidente est de transférer un maximum de calories vers la culasse qui dispose d'un circuit de refroidissement. Le but de l'invention est de remédier aux problèmes cités de l'art antérieur et un 5 des objets de l'invention est une culasse comprenant un logement pour un injecteur de carburant, ledit logement présentant une paroi avec un haut coefficient de conductivité thermique et un procédé d'obtention d'un tel logement dans la culasse. Présentation de l'invention La présente invention concerne plus particulièrement une culasse de moteur 10 thermique pour véhicule automobile comprenant un conduit de logement d'un injecteur de carburant sensiblement cylindrique et débouchant dans une chambre à combustion, Caractérisée en ce que ledit conduit comprend une paroi avec une haute conductivité thermique. De manière avantageuse, le conduit de logement de l'injecteur de carburant 15 creusé dans la culasse comporte une extrémité aval tournée vers la chambre à combustion présentant une haute conductivité thermique afin d'optimiser les transferts de chaleur vers la culasse et de diriger ces transferts vers la culasse au lieu de l'injecteur. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : -la paroi du conduit comprend une couche de recouvrement à haute conductivité 20 thermique. De manière avantageuse, la paroi de l'extrémité aval du conduit de logement comprend une couche de recouvrement à haute conductivité thermique pour améliorer le transfert de chaleur vers la culasse. La couche de recouvrement est partie de la culasse. Elle ne peut être enlevée de la culasse. De manière préférentielle, l'état de surface de 25 ladite couche de recouvrement permet un bon échange de chaleur avec les gaz braies de la chambre de combustion. -la couche de recouvrement est sensiblement tubulaire. 4 De manière avantageuse, la couche de recouvrement est sensiblement tubulaire pour entourer l'injecteur de carburant et favoriser les échanges de chaleur dans [ensemble du conduit de logement vers la culasse. -la couche de recouvrement est obtenue par métallisation à froid de poudre. De manière avantageuse, la couche de recouvrement est obtenue par métallisation à froid qui permet un dépôt de couche métallique à haute conductivité de manière aisée avec une bonne cohésion de ladite couche avec la culasse. -la couche de recouvrement est usinée sur une face intérieure. De manière avantageuse, la couche de recouvrement est déposée en épaisseur 10 suffisamment importante pour être ensuite usinée au diamètre fonctionnel sensiblement supérieur au diamètre de l'injecteur permettant l'introduction et la mise en place aisée de l'injecteur de carburant. L'invention concerne également un procédé de traitement d'une culasse de moteur thermique comprenant un conduit de logement d'un injecteur, caractérisé en ce 15 que ledit procédé comprend : -une étape de métallisation à froid de poudre pulvérisé sur la surface interne du conduit de logement, -une étape d'usinage de la couche de recouvrement. De manière avantageuse, la culasse est obtenue par moulage et comprend un 20 conduit de logement cylindrique de diamètre supérieur au diamètre de l'injecteur de carburant. L'étape de métallisation à froid permet un dépôt d'une couche métallique à haute conductivité sur l'ensemble du conduit de logement avec une épaisseur suffisamment importante pour que le diamètre de la section restante soit inférieure au diamètre de l'injecteur. 25 -l'étape de métallisation comprend une pulvérisation à froid par les deux extrémités du conduit de logement. 5 De manière avantageuse, la métallisation comprend une pulvérisation à Froid par les deux extrémités du conduit afin d'assurer un dépôt de métal sur la totalité de la paroi intérieure du conduit. -l'étape de métallisation à froid comprend une pulvérisation de métaux à base 5 d'éléments dans une liste comprenant du cuivre, du cobalt, de l'aluminium. De manière avantageuse, la pulvérisation à froid permet de déposer une couche de métal à base de cuivre ou de cobalt ou d'aluminium ou d'alliages desdits composants qui présentent des caractéristiques de haute conductivité thermique pour optimiser les transferts de chaleur en direction de la culasse qui est refroidie par un circuit de 10 refroidissement. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre (t'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels : 15 [Fig. 1] est une vue schématique de coupe d'une culasse de moteur thermique. [Fig. 2] est une vue schématique de coupe de la culasse avec un conduit de logement d'une buse d'injecteur de carburant. [Fig. 3] est une vue schématique de coupe d'une première étape du procédé de traitement avec une métallisation du conduit de logement d'injecteur de carburant. 20 [Fig. 4] est une vue schématique de coupe du conduit de logement en fin de traitement. Description détaillée des figures Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires. 25 De maniere connue, un moteur thermique notamment de véhicule automobile comprend un carter-cylindres surmonté d'une culasse. Le carter-cylindres comprend des & fûts cylindriques dans chacun desquels coulisse selon un mouvement de va-et-vient un piston. Une chambre de combustion est alors délimitée par le piston la paroi du fût ou cylindre et la parte inférieure de la culasse. De l'air frais qui peut être mélangé avec des gaz brulés recirculés est admis dans ladite chambre à combustion par des canaux d'admission. De même, du carburant est admis dans la même chambre à combustion par l'intermédiaire d'un injecteur. Après combustion, les gaz brutes sont expulsés par des canaux d'échappement et rejoignent un circuit d'échappement. Selon les figures 1 à 2, ledit injecteur 100 est fixé à la culasse 101 et présente un corps cylindrique 102 avec une buse 103 ou nez d'injecteur disposé en aval selon le sens 10 d'écoulement du carburant. L'injecteur est fixé à la culasse et est enfoncé dans un canal traversant 50 creusé dans la culasse et débouchant dans la chambre à combustion. Ledit canal traversant 50 comporte un conduit de logement 10 de la buse 103 de l'injecteur, ledit conduit de logement 10 est sensiblement cylindrique selon un axe rectiligne X et débouche dans la chambre à combustion 104. 15 Dans la culasse 101, est creusé un circuit de refroidissement 105 comprenant des canaux 106 de circulation de liquide de refroidissement qui passent de manière préférentielle à côté des zones chaudes ou particulièrement chaudes ou nécessitant un refroidissement de la culasse lors du fonctionnement du moteur. Ainsi on peut voir des canaux de circulation 106 de liquide à proximité de la paroi inférieure ou face feu de la 20 culasse et notamment à proximité de l'injecteur de carburant 100. L'objet de l'invention est d'améliorer le refroidissement des zones chaudes de la culasse et notamment à proximité de la buse de l'injecteur 100. Le conduit de logement 10 est une zone sensible et portée à haute température, ce qui peut affecter les performances de l'injecteur en entrainant des possibilités de dépôt de polluants et de 25 cokéfaction de la buse 103 de l'injecteur. Le conduit de logement 10 de la buse d'injecteur selon l'invention comporte une paroi 14 qui présente des caractéristiques de haute conductivité thermique pour accroitre le transfert de chaleur vers les canaux de refroidissement 106 de la culasse 101. Le conduit de logement 10 selon l'invention est sensiblement cylindrique. Il est 30 formé dans un canal cylindrique 11 de la culasse partageant le même axe et de diamètre de section traversante sensiblement plus importante que le diamètre de la buse d'injecteur. De manière connue, le canal cylindrique 11 est issu du moulage de la culasse 101. Pour former le conduit de logement 10, le canal cylindrique 11 est recouvert par 5 une couche de recouvrement 15 de métal à haut conductivité à base d'éléments métalliques dans une liste comprenant du cuivre, de l'aluminium, du cobalt ou des alliages de ces éléments. La couche de recouvrement métallique 15 est déposée sur la surface intérieure 16 du canal cylindrique 11 sur une épaisseur sensiblement importante de l'ordre du millimètre de telle manière que la section de passage intérieure du conduit 10 de logement est égale ou légèrement supérieur au diamètre de la buse 103 d'injecteur 100. La couche de recouvrement 15 est donc sensiblement tubulaire et esi partie de la culasse 101. On comprend ainsi que ladite couche 15 ne peut être défaite ou extraite de la culasse 101 de façon simple sans détériorer ladite culasse. Elle recouvre toute la 15 surface intérieure 16 du canal cylindrique 11, donc sur toute la longueur dudit canal. La couche de recouvrement 15 est issue d'une étape de métallisation par pulvérisation à froid de poudre métalliques à grande vitesse. Ladite étape permet d'obtenir une couche uniforme de métal à haute conductivité sur toute la paroi intérieure 16 du canai cylindrique. 20 La couche de recouvrement 15 est alésée pour obtenir une section de passage au diamètre fonctionnel c'est-à-dire de diamètre égal ou très légèrement supérieur au diamètre de la buse d'injecteur 100. De manière préférentielle, l'état de surface de la surface alésée 12 est adaptée pour favoriser les transferts de chaleur. L'invention concerne également un procédé de traitement d'une culasse de 25 moteur thermique pour obtenir un conduit de logement de buse d'un injecteur présentant une haute conductivité thermique. Selon l'invention, le procédé comprend une première étape de métallisation à froid connue aussi sous le nom de « cold spray » en anglais. La culasse 101 comprend au préalable le canal cylindrique 11 destiné à accueillir la buse 103 d'injecteur. Le diamètre de la section intérieure de passage dudit canal cylindrique 11 est supérieur au diamètre de la buse 103 d'injecteur de l'ordre du millimètre. Deux buses de projection 110 de métal sont dirigées en direction de la section intérieure du canal cylindrique 11 par les deux extrémités dudit canal tel que représenté en figure 3. Une projection est effectuée dans un premier sens par une des deux buses de projection 110 et une deuxième projection est alors effectuée en direction opposée par la seconde buse de projection 110. On obtient alors une couche de métal 15 déposée sur la paroi intérieure 16 du canal cylindrique 11 avec une épaisseur suffisante pour avoir une section de passage de diamètre inférieure au diamètre de la buse 103 de l'injecteur 100. 10 Selon la figure 4, le procédé comprend une deuxième étape consécutive â la première étape pour effectuer un alésage de la couche de métal 15 déposée dans le canal cylindrique 11 et former le conduit de logement 10. L'alésage est effectué pour obtenir une section de passage au diamètre fonctionnel c'est-à-égal voire légèrement supérieur au diamètre de la buse 103 d'injecteur 100 pour permettre l'engagement de 15 ladite buse d'injecteur dans le conduit de logement 10. De manière préférentielle l'état de surface de la surface intérieure 12 du conduit de logement 10 est adaptée pour favoriser les transferts de chaleur vers la couche de recouvrement 15 de la culasse 101. L'objectif est atteint le conduit de logement à haute conductivité thermique, permet d'insérer la buse d'injecteur et d'attirer les flux de chaleur vers la culasse laquelle 20 est refroidie par les canaux de refroidissement. L'étape de métallisation à froid permet une cohésion de la couche de métal déposée avec la paroi du canal cylindrique de la culasse. La chaleur est attirée vers la culasse et dirigée vers les zones froides de la culasse c'est-à-dire vers les canaux de refroidissement. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de 25 cette prise, décrites ci-dessus à titre d'exemples, elle en embrasse au contraire toutes les variantes. La couche de recouvrement tubulaire 15 peut être un tube métallique â haute conductivité thermique de diamètre intérieur égal ou légèrement supérieur au diamètre de la buse. Le diamètre extérieur dudit tube est sensiblement égal au diamètre intérieur du canal cylindrique. La surface extérieure dudit tube peut être enduite pour favoriser 9 l'adhésion REVENDICATIONS1. Culasse de moteur thermique pour véhicule automobile comprenant un conduit de logement (10) d'une buse (103) d'un injecteur (100) de carburant, sensiblement cylindrique et débouchant dans une chambre à combustion (104) du moteur, caractérisée en ce que ledit conduit (10) présente une paroi (14) avec une haute conductivité thermique. 10 2. Culasse (101) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi (14) du conduit de logement (10) comprend une couche de recouvrement (15) à haute conductivité thermique. 15 3. Culasse (101) selon la revendication 2, caractérisée en ce que la couche de recouvrement (15) est sensiblement tubulaire. 4. Culasse (101) selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que la couche de recouvrement (15) est obtenue par métallisation à froid de poudre de 20 métal. 5. Culasse (101) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que la couche de recouvrement (15) est usinée sur une face intérieure (16). 25 6. Procédé de traitement d'une culasse de moteur thermique comprenant un conduit de logement (10) d'une buse (103) d'un injecteur (100) selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que ledit procédé comprend : 11 -une étape de métallisation à froid de poudre pulvérisé sur la surface interne du conduit de logement, -une étape d'usinage de la couche de recouvrement. ç 7. Procédé de traitement selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'étape de métallisation comprend une pulvérisation à froid par les deux extrémités du conduit de logement (10). 8. Procédé de traitement selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que 10 l'étape de métallisation à froid comprend une pulvérisation de métaux à base d'éléments dans une liste comprenant du cuivre, du cobalt, de l'aluminium. 15