CULASSE COMPRENANT UN NOYAU D'EAU POURVU D'UNE PARTIE DE DéGAZAGE ET PROCèDE DE FABRICATION D'UNE TELLE CULASSE

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale les culasses de moteurs à combustion interne.

Elle concerne plus particulièrement une culasse de moteur à combustion interne comprenant un noyau d'eau et un procédé de fabrication d'une telle culasse. ARRIèRE-PLAN TECHNOLOGIQUE

Actuellement, les moteurs ont une puissance volumique très élevée. Leurs conceptions s'approchent toujours davantage des limites de résistance des matériaux, aussi la moindre défaillance du système de refroidissement de ces moteurs peut avoir de graves conséquences. En particulier, dans de tels moteurs, la zone centrale de la culasse située à proximité de la chambre de combustion et des conduits d'échappement peut atteindre ou dépasser 230 °C, ce qui nécessite un système de refroidissement performant.

Les systèmes de refroidissement généralement utilisés comprennent un noyau d'eau constitué de canaux de circulation d'un liquide de refroidissement dans la culasse pour refroidir les zones de la culasse très sollicitées thermiquement et autour des éléments interagissant avec la culasse tels que les soupapes et l'injecteur de carburant.

On distingue deux types de noyau d'eau, d'une part, les noyaux d'eau dits à circulation longitudinale et, d'autre part, ceux à circulation transversale, par rapport à l'axe de la culasse. On définit l'axe de la culasse comme étant l'axe passant par les centres des têtes des cylindres. Un noyau d'eau à circulation longitudinale est conçu pour que le liquide de refroidissement circule dans la culasse selon une direction sensiblement parallèle à l'axe de la culasse et un noyau d'eau à circulation transversale est conçu pour que le liquide de refroidissement circule dans la culasse selon une direction sensiblement transversale à l'axe de la culasse.

Un premier problème provient du fait que des bulles d'air restent coincées dans la partie supérieure du noyau d'eau de la culasse. En l'absence d'évacuation de ces bulles, c'est-à-dire de dégazage, les parois des parties de la

culasse dans lesquelles s'accumulent ces bulles d'air ne sont pas refroidies par le liquide de refroidissement.

Pour les systèmes de refroidissement utilisant un noyau d'eau à circulation longitudinale, il est prévu un boîtier de sortie d'eau associé à la culasse situé à une position suffisamment haute pour pouvoir récupérer les bulles d'air et procéder au dégazage du noyau d'eau. Mais, pour les systèmes de refroidissement utilisant un noyau d'eau à circulation transversale, le liquide de refroidissement, issu du carter cylindre situé en dessous de la culasse, traverse le noyau d'eau transversalement par rapport à l'axe de la culasse et retourne dans le carter cylindre. Le boîtier de sortie d'eau est alors associé au carter cylindre et est situé à une position trop basse pour récupérer les bulles d'air et permettre le dégazage du noyau d'eau.

Pour résoudre ce premier problème, il est connu de percer la culasse dans la partie supérieure du noyau d'eau, c'est-à-dire là où vont s'accumuler les bulles d'air. Cependant cette solution nécessite une étape de perçage supplémentaire ce qui augmente les coûts de fabrication de la culasse. De plus, l'opération de perçage est compliquée du fait qu'elle doit préserver l'intégrité des différentes parties de la culasse et des éléments du moteur autour du noyau d'eau. Un deuxième problème est lié à la réalisation du noyau d'eau de la culasse. Le noyau d'eau est obtenu par moulage en réalisant un positif des canaux de circulation de la culasse. Ce positif du noyau d'eau vient ensuite s'appuyer sur un noyau de parois de la culasse pour générer la culasse avec le noyau d'eau correspondant. Or, pour des raisons d'encombrement dans la culasse autour du noyau d'eau à réaliser, la partie supérieure du positif du noyau d'eau peut n'être reliée que d'un côté à la partie inférieure du positif du noyau d'eau. La partie supérieure du positif du noyau d'eau repose alors d'un côté dans le vide ce qui rend le positif du noyau d'eau instable. Cette instabilité risque d'entraîner une mauvaise disposition du positif du noyau d'eau dans le noyau de parois et donc une mauvaise configuration du noyau d'eau généré dans la culasse.

OBJET DE L'INVENTION

Le but de la présente invention est de faciliter le dégazage du noyau d'eau de la culasse et d'améliorer la précision de la configuration de ce noyau d'eau dans la culasse.

à cet effet, on propose selon l'invention un procédé de fabrication d'une culasse de moteur à combustion interne qui comporte les étapes suivantes :

- réalisation d'un positif de moule pour la formation d'un noyau d'eau de la culasse, ce positif du noyau d'eau comportant une partie principale et une partie protubérante,

- mise en position du positif du noyau d'eau de la culasse sur un noyau de parois de la culasse, la partie protubérante étant en appui sur une partie du noyau de parois de la culasse,

- après fermeture du noyau de parois de la culasse, injection de métal dans le noyau de parois de la culasse,

- destruction du positif du noyau d'eau et évacuation de la matière constituant le positif du noyau d'eau, la partie protubérante du positif du noyau d'eau générant une partie protubérante correspondante du noyau d'eau,

- mise en place d'un système de dégazage associé à la partie protubérante correspondante du noyau d'eau.

La partie protubérante du positif du noyau d'eau qui s'appuie sur une partie du noyau de parois de la culasse permet, d'une part, d'assurer la stabilité du positif du noyau d'eau dans le noyau de parois de la culasse. Le noyau d'eau généré par l'injection de métal, puis la destruction du positif du noyau d'eau, présente alors la configuration souhaitée dans la culasse. D'autre part, la partie protubérante du positif du noyau d'eau génère, après sa destruction, une chambre présentant une ouverture dans la culasse qui permet de mettre en place un système de dégazage. La partie protubérante sert donc de portée ou d'appui du positif du noyau d'eau et permet, une fois le noyau d'eau réalisé, l'évacuation de bulles d'air par la chambre que cette partie protubérante génère.

Ainsi, le procédé de fabrication de la culasse permet de faciliter le dégazage du noyau d'eau de la culasse et d'améliorer la précision de la configuration de ce noyau d'eau dans la culasse.

Selon une première caractéristique avantageuse de l'invention, on réalise ledit positif de telle sorte que ladite partie protubérante est la partie la plus élevée du positif du noyau d'eau, dans une configuration de ce positif correspondant à une configuration normale d'utilisation du moteur.

La position haute de la partie protubérante du positif permet, lors de la réalisation de la culasse et après destruction du positif du noyau d'eau, de générer

une chambre qui est la partie la plus haute du noyau d'eau. Les bulles d'air s'accumulent alors dans cette chambre et peuvent être évacuées grâce au système de dégazage.

Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, l'évacuation de matière constituant le positif du noyau d'eau est réalisée par la partie protubérante correspondante du noyau d'eau.

La partie protubérante permet ainsi, non seulement de stabiliser le positif du noyau d'eau et de mettre en place un système de dégazage simplifié dans la culasse, mais encore, de générer une chambre présentant une ouverture débouchant hors de la culasse par laquelle la matière constituant le positif du noyau d'eau peut être évacuée.

L'invention concerne également un positif de noyau d'eau de culasse de moteur à combustion interne pour le moulage d'une telle culasse, comportant une partie principale et une partie protubérante d'appui, dans lequel la partie protubérante du positif est la partie la plus élevée du positif, dans une configuration du positif correspondant à une configuration normale d'utilisation du moteur.

Lors du moulage de la culasse, la partie protubérante du positif du noyau d'eau peut être mise en appui sur une partie du noyau de parois de la culasse pour assurer la stabilité du positif du noyau d'eau dans le noyau de parois de la culasse. En outre, la position haute de la partie protubérante du positif du noyau peut servir à mettre en place, dans la partie correspondante du noyau d'eau de la culasse un système de dégazage.

L'invention concerne enfin une culasse de moteur à combustion interne, à l'intérieur de laquelle est ménagé un noyau d'eau comportant une partie principale et une partie protubérante, dans laquelle un système de dégazage est associé à ladite partie protubérante.

La partie protubérante du noyau d'eau constitue une chambre qui permet de mettre en place un système de dégazage. En outre, la partie protubérante du noyau d'eau est formée à partir d'une partie solide protubérante correspondante du positif du noyau d'eau qui peut servir lors de fabrication de la culasse de partie d'appui du positif du noyau d'eau sur le noyau de paroi de la culasse.

Ainsi, la culasse selon l'invention permet de faciliter le dégazage du noyau d'eau de la culasse et d'améliorer la précision de la configuration de ce noyau d'eau dans la culasse.

Selon une première caractéristique avantageuse de la culasse selon l'invention, la partie protubérante du noyau d'eau est la partie la plus élevée du noyau d'eau, dans une configuration normale d'utilisation du moteur.

Grâce à la position haute de la partie protubérante du noyau d'eau, les bulles d'air s'accumulent alors dans la chambre formée par cette partie protubérante et peuvent être évacuées grâce au système de dégazage. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, la partie principale du noyau d'eau comportant une partie inférieure et une partie supérieure, la partie inférieure est reliée à une première portion de la partie supérieure et la partie protubérante est reliée à une deuxième portion de la partie supérieure du noyau d'eau. Les parties inférieure, supérieure, et la partie protubérante du noyau d'eau proviennent des parties inférieure, supérieure, et protubérante correspondantes du positif du noyau d'eau. Ainsi, lors de la réalisation de la culasse par moulage, la partie protubérante associée à la partie supérieure du positif du noyau d'eau permet d'assurer la stabilité de la partie supérieure du noyau d'eau dans le noyau de parois de la culasse. La partie supérieure du positif du noyau d'eau présente plusieurs portions d'appui, directe et indirecte, qui permettent de positionner avec précision cette partie supérieure, et donc le positif du noyau d'eau entier, dans le noyau de parois de la culasse.

Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, la première portion et la deuxième portion de la partie supérieure du noyau d'eau sont sensiblement réparties de part et d'autre du centre de la partie supérieure du noyau d'eau.

Ainsi, encore lors du moulage, la partie supérieure du positif du noyau d'eau étant en appui sur des portions diamétralement opposées, l'assise de cette partie supérieure du positif du noyau d'eau, et donc du positif du noyau d'eau entier, dans le noyau de parois de la culasse est améliorée.

Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le système de dégazage comporte un bouchon d'obturation de la partie protubérante

correspondante du noyau d'eau et une vis de dégazage implantée dans le bouchon d'obturation.

Ainsi, le système de dégazage peut être aisément mis en place grâce à la chambre générée par la partie protubérante correspondante du noyau d'eau et permet d'éviter le perçage de la partie supérieure du noyau d'eau.

Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, la vis de dégazage est implantée dans la partie haute du bouchon d'obturation.

Ainsi, l'implantation de la vis de dégazage dans la partie haute du bouchon d'obturation permet d'évacuer les bulles d'air qui s'accumulent dans la partie haute de la chambre formée par la partie protubérante du noyau d'eau.

Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, la partie inférieure de la culasse constituant la partie supérieure de plusieurs cylindres alignés du moteur auquel appartient la culasse, le noyau d'eau de la culasse est agencé de telle sorte que la circulation d'eau dans le noyau d'eau soit réalisée selon une direction globalement transversale à la direction de l'axe passant par les centres des cylindres.

Grâce au procédé selon l'invention, les noyaux d'eau de type à circulation transversale bénéficient d'un système de dégazage simplifié et d'une configuration du noyau d'eau dans la culasse plus précise. DESCRIPTION DéTAILLéE D'UN EXEMPLE DE RéALISATION

La description qui va suivre en regard des dessins annexés d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée.

Sur les dessins annexés : - la figure 1 est une vue d'ensemble en perspective du positif d'un noyau d'eau d'une culasse ;

- la figure 2 est une vue d'ensemble en perspective du positif du noyau d'eau de la figure 1 sous un autre angle;

- la figure 3 est une vue d'ensemble en perspective du positif du noyau d'eau positionné dans un noyau de parois de la culasse ;

- la figure 4 est une vue d'une partie de la culasse équipée d'un système de dégazage.

Les figures 1 à 4 illustrent la mise en œuvre d'un procédé de fabrication d'une culasse 10 de moteur à combustion interne d'un véhicule automobile.

Ce procédé de fabrication comporte tout d'abord une étape de réalisation d'un positif 7 d'un noyau d'eau de la culasse 10 qui est destiné à être mis en position dans un noyau de parois 20 de la culasse 10. Lorsqu'il est fait référence au positif 7 du noyau d'eau, il s'agit d'un élément solide qui comprend des parties solides, ici en sable résiné, tandis que lorsque l'on fait référence au noyau d'eau lui-même, il s'agit d'un volume creux constitué de canaux de circulation de la culasse 10 dans lesquels est destiné à circuler le liquide de refroidissement, ici de l'eau, et qui ont été générés par les parties solides du positif 7 du noyau d'eau comme décrit ci-dessous. Pour faciliter la compréhension et la lecture, les parties du positif du noyau d'eau et les canaux du noyau d'eau qui correspondent à ces parties portent les mêmes référence.

Le positif 7 du noyau d'eau est réalisé au moyen d'un moule en sable résiné et comporte une partie principale ainsi qu'une partie protubérante 6. La partie principale du positif 7 du noyau d'eau comporte une partie inférieure 9 et une partie supérieure 8.

La partie inférieure 9 du positif 7 du noyau d'eau de la culasse comporte des parties d'entrée 91 , 92, 93. En particulier, la partie d'entrée 91 est prolongée par une partie périphérique inférieure 97 et la partie d'entrée 93 est prolongée par une partie périphérique inférieure 99 opposée, tandis que la partie d'entrée 92 est prolongée par une partie centrale inférieure 98 destinée à être positionnée entre des soupapes d'échappement 12,13 (voir figure 3) et à proximité d'un injecteur de carburant 15. Les parties périphériques inférieures 97, 99 se prolongent et se rejoignent pour former une partie périphérique inférieure 96 destinée à entourer des soupapes d'admission 1 1 , 14 (voir figure 3). Deux parties de sortie 94, 95 opposées aux parties d'entrée 91 , 92, 93 par rapport au centre de la partie inférieure du positif 7 du noyau d'eau sont reliées à la partie périphérique inférieure 96.

La partie centrale inférieure 98 est ensuite prolongée par une partie centrale de raccordement 89, entre la partie inférieure 9 et la partie supérieure 8 du positif du noyau d'eau, débouchant sur une partie centrale supérieure 72 entourant l'injecteur de carburant 15 et passant entre les soupapes d'échappement 12, 13. Cette partie centrale supérieure 72 est prolongée par une partie 74 destinée à être positionnée entre les soupapes d'admission 1 1 , 14. De part et d'autre de la partie centrale supérieure 72 et de la partie 74 de

prolongement, il est prévu des parties périphériques 71 , 73, reliées à des parties de raccordement 87, 88 entre la partie inférieure 9 et la partie supérieure 8 du positif 7 du noyau d'eau.

La partie protubérante 6 est reliée à la partie supérieure 8 du positif 7 du noyau d'eau. Plus précisément, comme représenté sur les figures 1 et 2, la partie inférieure 9 porte une première portion P1 de la partie supérieure 8 et la partie protubérante 6 est reliée à une deuxième portion P2 de la partie supérieure 8 du noyau d'eau de manière à assurer l'assise du positif 7 du noyau d'eau dans le noyau de parois 20 de la culasse 10. Ici, la partie protubérante 6 est reliée à une deuxième portion P2 située le plus loin possible de la première portion P1 , compte tenu de l'encombrement autour de la partie supérieure 8 du noyau d'eau. Ainsi, sur la figure 1 , la partie protubérante 6 est située angulairement à 90° de la première portion P1 par rapport au centre moyen de la partie supérieure 8 du positif 7 noyau d'eau. Préférentiellement, en l'absence de problème d'encombrement dans la culasse 10 autour du noyau d'eau, la première portion P1 et la deuxième portion P2 de la partie supérieure 8 du positif du noyau d'eau sont sensiblement réparties de part et d'autre du centre de la partie supérieure 8 du positif 7 du noyau d'eau pour permettre d'optimiser l'assise de la partie supérieure 8 du positif 7 du noyau d'eau dans le noyau de parois 20 de la culasse 10.

La partie protubérante 6 est de forme sensiblement cylindrique. Sur le dessin de la figure 1 , on remarque que cette partie protubérante 6 forme un coude. Ce coude est réalisé, ici, pour que la partie protubérante 6 puisse contourner les différents éléments du moteur intégrés dans la culasse 10. Bien entendu, en l'absence de problème d'encombrement dans la culasse 10, la partie protubérante 6 peut être rectiligne et/ ou de forme quelconque.

Une fois le positif 7 du noyau d'eau de la culasse 10 réalisé, ce positif 7 du noyau d'eau est mis en position sur, ou dans, le noyau de parois 20 (ou moule), de la culasse 10 (voir figure 3). La partie inférieure de la culasse 10 constitue les têtes de plusieurs cylindres alignées selon un axe qui est appelé axe de la culasse. La partie centrale inférieure 98 est destinée à être orientée sensiblement transversalement à l'axe de la culasse qui doit être moulée dans le noyau de parois 20.

Une portion 61 de la partie protubérante 6 est en appui sur une partie du noyau de parois 20 de la culasse 10, et débouche hors du noyau de parois 20 de la culasse 10. En variante, on peut positionner la partie protubérante 6 de telle sorte qu'elle affleure ce noyau de parois 20. La partie protubérante 6 est associée à la partie principale du positif 7 du noyau d'eau et positionnée dans le noyau de parois 20 de la culasse 10 de manière à générer, lors de la destruction du positif du noyau d'eau, une chambre qui est, dans une configuration normale d'utilisation du véhicule, la partie creuse la plus élevée du noyau d'eau. Une configuration normale d'utilisation du véhicule correspond ici à une position du véhicule reposant sur une surface horizontale. Pour une telle configuration, le moteur, et donc la culasse, est monté dans le véhicule en étant incliné d'environ 8 degrés par rapport à la surface horizontale, de telle sorte que la chambre générée par la partie protubérante 6 soit la partie creuse la plus élevée du noyau d'eau. On procède alors à la fermeture du noyau de parois 20 de la culasse 10 et on injecte du métal dans le noyau de parois 20 de la culasse 10.

Une fois que le métal a pris la forme souhaitée dans le noyau de parois 20 de la culasse 10, on détruit le positif 7 du noyau d'eau, ce qui génère le noyau d'eau décrit précédemment. En particulier, la partie protubérante 6 du positif du noyau d'eau génère une chambre, encore appelée partie protubérante correspondante du noyau d'eau, qui présente une ouverture débouchant hors de la culasse. Puis on évacue la matière, ici du sable résiné, constituant le positif 7 du noyau d'eau. Cette évacuation est ici réalisée par la chambre générée par la partie protubérante 6 du positif du noyau d'eau. Les parties en sable résiné du positif 7 du noyau d'eau laissent ainsi place dans la culasse 10 à des canaux de circulation du liquide de refroidissement qui forment le noyau d'eau de la culasse. En particulier, les parois de la chambre générée par la partie protubérante 6 du positif du noyau d'eau sont définies par le métal qui a été injecté autour de la partie protubérante 6. En outre, la paroi générée de la partie supérieure du noyau d'eau forme un toit qui présente une pente de l'ordre de 8 degrés dans la configuration normale d'utilisation détaillée ci- dessus.

Enfin, comme représenté sur la figure 4, on procède à la mise en place d'un système de dégazage 51 ,52 associé à la chambre générée par ladite partie

protubérante 6. Le système de dégazage 51 ,52 comporte ici un bouchon d'obturation 51 de la chambre générée par ladite partie protubérante 6 et une vis de dégazage 52 implantée dans le bouchon d'obturation 51 . La vis de dégazage 52 est implantée dans la partie haute du bouchon d'obturation 51 . II est également possible d'usiner l'ouverture de la chambre générée par la partie protubérante afin d'obtenir une ouverture précisément définie, c'est-à-dire de cotes précises. L'ouverture après usinage peut être conique ou cylindrique. Une ouverture précisément définie permet ainsi d'améliorer la précision de la mise en place du système de dégazage et l'étanchéité entre la culasse et la système de dégazage.

En fonctionnement, le noyau d'eau de la culasse 10 et le système de dégazage 51 ,52 sont utilisés de la manière suivante.

Le noyau d'eau est ici conçu de telle sorte que la circulation d'eau dans ce noyau d'eau est réalisée selon une direction sensiblement transversale à la direction de l'axe de la culasse 10.

L'eau sous pression, issue du carter cylindre situé sous la culasse, entre dans le noyau d'eau de la culasse par les canaux d'entrée 91 , 92, 93. En particulier, l'eau issue du canal d'entrée 91 est dirigée dans le canal périphérique inférieur 97 et l'eau issue du canal d'entrée 93 est dirigée dans le canal périphérique inférieur opposé 99 pour refroidir la partie inférieure de la culasse qui entourent les soupapes d'échappement 12, 13, tandis que l'eau issue du canal d'entrée 92 est dirigée dans le canal central inférieur 98 pour refroidir la partie de la culasse à proximité de l'injecteur de carburant 15. Les canaux périphériques inférieurs 97 et 99 sont de section plus faible que le canal central inférieur 98, donc l'eau circule principalement par ce canal central inférieur 98 orienté sensiblement transversalement à l'axe de la culasse 10. L'eau est alors guidée dans le canal de raccordement central 89 et remplit le canal central supérieur 72 ce qui permet de refroidir la partie centrale supérieure de la culasse entourant l'injecteur de carburant et passant entre les soupapes d'échappement 12, 13. Puis, l'eau traverse le canal 74 qui prolonge le canal central supérieur 72 en passant entre les soupapes d'admission 1 1 , 14 et est également répartie dans les canaux périphériques 71 , 73 de la partie supérieure du noyau d'eau pour redescendre dans le carter cylindre via les canaux de raccordements 87, 88 puis les canaux de sortie 94, 95 reliés au canal inférieur périphérique 96.

Ainsi, l'eau entre du côté de la culasse 10 qui accueille les soupapes d'échappement 12, 13 et ressort du côté opposé par rapport à l'axe de la culasse, à proximité des soupapes d'admission 1 1 , 14.

Lors de la circulation de l'eau dans ce noyau d'eau, les bulles d'air atteignent la partie supérieure du noyau d'eau et glissent, suivant la flèche représentée sur la figure 1 , sur la paroi inclinée de la partie supérieure du noyau d'eau pour venir s'accumuler dans la chambre générée par la partie protubérante 6. La vis de purge 52 peut alors être dévissée périodiquement pour évacuer les bulles d'air. Bien entendu, le noyau d'eau, et son fonctionnement, détaillé ci-dessus pour un cylindre est généralisable à plusieurs cylindres.

La présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit.