FR2965852A1

FR2965852A1 - Bloc-moteur avec trou d'event forme par un insert de moulage, groupe motopropulseur et vehicule correspondant, procede de coulage du bloc-moteur

Info

Publication number: FR2965852A1
Application number: FR1058210A
Authority: FR
Inventors: Paul Patenotte
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2010-10-11
Filing date: 2010-10-11
Publication date: 2012-04-13
Anticipated expiration: 2030-10-11
Also published as: FR2965852B1

Abstract

L'invention se rapporte à un bloc-moteur de moteur thermique, obtenu par moulage d'un premier matériau, le bloc-moteur (20) comprenant une partie (24) formant carter de cylindres comprenant deux cylindres (40) ; une partie (26) formant carter de vilebrequin comprenant un pied de cylindre (60) pour chaque cylindre (40) de la partie (24) formant carter de cylindres ; un trou d'évent (66) de circulation des gaz de carter d'un pied (60) à l'autre pied (60) ; une partie du pourtour (62) du trou d'évent (66) étant formée par un insert de moulage réalisé dans un autre matériau que le premier matériau du bloc-moteur (20). L'invention se rapporte aussi à un groupe motopropulseur et à un véhicule automobile comprenant le bloc-moteur. L'invention se rapporte enfin à un procédé de coulage du bloc-moteur. L'invention permet l'obtention d'un groupe motopropulseur de véhicule automobile avec une tenue en fatigue satisfaisante et des dimensions réduites.

Description

BLOC-MOTEUR AVEC TROU D'EVENT FORME PAR UN INSERT DE MOULAGE, GROUPE MOTOPROPULSEUR ET VEHICULE CORRESPONDANT, PROCEDE DE COULAGE DU BLOC-MOTEUR [0001 L'invention se rapporte à un bloc-moteur de moteur thermique. L'invention se rapporte aussi à un groupe motopropulseur comprenant un tel bloc-moteur, et à un véhicule automobile comprenant un groupe motopropulseur. L'invention se rapporte encore à un procédé de coulage d'un tel bloc-moteur. [0002] Dans le domaine de la conception de moteur automobile, le bloc-moteur est une pièce massive du groupe motopropulseur, réalisant les fonctions de carter de cylindres (usuellement abrégé en carter cylindres) et de carter de vilebrequin (usuellement abrégé en carter vilebrequin). Lors du fonctionnement d'un groupe motopropulseur comprenant un tel bloc-moteur, un vilebrequin est reçu dans la partie du bloc-moteur formant carter de vilebrequin et des pistons sont reçus chacun dans un des cylindres du bloc-moteur. Les pistons de chaque cylindre sont ensuite reliés au vilebrequin au niveau du carter de vilebrequin dans une zone du bloc-moteur appelé pied de cylindre (ou pied d'interfût). A chaque cylindre correspond un pied de cylindre, le pied de cylindre étant généralement situé en dessous du cylindre lorsque le groupe motopropulseur est logé dans un véhicule automobile. La combustion de carburant dans les cylindres entraîne le mouvement de va et vient des pistons dans leur cylindre respectif. Lors des combustions successives, des gaz de combustion, souvent mélangés à du lubrifiant, peuvent passer entre le piston et le cylindre respectif. Ces gaz appelés gaz de carter (ou en anglais blow-by gas) se retrouvent piégés dans les pieds de cylindre au niveau du carter vilebrequin. [0003 Il est connu, notamment des documents JP9112239 et JP8158937, de disposer de trous formant évents entre les différents cylindres. Ces trous sont destinés à faciliter la circulation des gaz de blow by d'un cylindre à l'autre, et limiter les pulsations dans le bas moteur, c'est-à-dire dans le carter vilebrequin. [0004] En effet, ces pulsations ont deux conséquences néfastes, plus elles sont amples : - plus elles perturbent le système de déshuilage ; - plus elles augmentent les pertes par pompage ainsi que les pressions moyennes de frottement associées. [0005i Cependant la présence de ces trous d'évent, en réalisant une ouverture interfût, génère une faiblesse du bloc-moteur, qui altère la résistance à la fatigue de l'ensemble du bloc-moteur. Il est par exemple préférable que la durée de vie du bloc-moteur soit supérieure à 240 000 Km. Or, du fait des considérations environnementales, la tendance dans le domaine automobile est à la réduction dimensionnelle des groupes motopropulseurs (de l'anglais down-sizing). Cette réduction dimensionnelle entraîne une augmentation d'une part des pressions à l'intérieur des cylindres, et d'autre part des efforts de sollicitation en traction des vis qui assure le bridage du carter palier vilebrequin sur le bloc-moteur au niveau du carter de vilebrequin. L'augmentation des contraintes et des efforts tend à une diminution de la résistance en fatigue du bloc-moteur. Ainsi la présence de ces trous d'évent rend difficile l'obtention d'un groupe motopropulseur de véhicule automobile ayant une tenue en fatigue satisfaisante et des dimensions réduites. [0006i Il existe donc un besoin pour un système d'évacuation des gaz de carter permettant l'obtention d'un groupe motopropulseur de véhicule automobile avec une tenue en fatigue satisfaisante et des dimensions réduites. [0007] Pour cela, l'invention propose un bloc-moteur de moteur thermique, obtenu par moulage d'un premier matériau dans un moule, le bloc-moteur comprenant : - une partie formant carter de cylindres comprenant au moins deux cylindres ; - une partie formant carter de vilebrequin comprenant un pied de cylindre pour chaque cylindre de la partie formant carter de cylindres ; un trou d'évent de circulation des gaz de carter d'un pied de cylindre à l'autre pied de cylindre ; une partie du pourtour du trou d'évent étant formée par un insert de moulage réalisé dans un autre matériau que le premier matériau du bloc-moteur. [0008] Selon une variante, l'insert forme la moitié, de préférence la totalité, du pourtour du trou d'évent. [0009] Selon une variante, le premier matériau est un alliage d'aluminium coulé sous pression, le matériau de l'insert du trou d'évent étant un alliage d'aluminium coulé par gravité. [oolo] Selon une variante, le premier matériau est un alliage d'aluminium coulé par gravité ou une fonte graphite lamellaire, le matériau de l'insert du trou d'évent étant en acier ou en fonte graphite sphéroïdale. [0011] Selon une variante, chacun des deux cylindres comprend un insert de chemise, l'insert de trou d'évent étant monobloc avec l'un des inserts de chemise. [0012] Selon une variante, la partie formant carter de vilebrequin comprend un palier de vilebrequin disposé entre les pieds des deux cylindres, le palier de vilebrequin comprenant un insert d'ancrage de vis de carter chapeau de palier vilebrequin, l'insert de trou d'évent étant monobloc avec l'insert d'ancrage. [0013] Selon une variante, l'insert du trou d'évent est monobloc avec l'un des inserts de chemise et avec l'insert d'ancrage des vis de carter chapeau de palier vilebrequin. [0014] L'invention propose aussi un groupe motopropulseur comprenant un moteur thermique comportant : - le bloc-moteur précédent - un vilebrequin reçu dans la partie formant carter de vilebrequin du bloc- moteur, le vilebrequin passant du pied d'un des deux cylindres au pied de l'autre des deux cylindres; - des pistons, reçu chacun dans un des cylindres de la partie formant carter de cylindres et relié au vilebrequin au niveau du pied de ce cylindre. [0015] L'invention propose encore un véhicule automobile comprenant le groupe motopropulseur précédent. [0016] L'invention propose enfin un procédé de coulage du bloc-moteur de moteur thermique précédent, le procédé comprenant : - la fourniture d'un moule du bloc-moteur ; - le coulage d'un premier matériau dans le moule ; - avant le coulage du premier matériau dans le moule, un insert de moulage, réalisé dans un matériau autre que le premier matériau, étant disposé dans le moule de bloc-moteur dans une région du moule correspondant à une zone du bloc-moteur séparant les pieds des deux cylindres du bloc-moteur. [0017] Selon une variante, le coulage du premier matériau est un coulage sous pression d'un alliage d'aluminium, l'insert de trou d'évent étant réalisé par coulage par gravité d'un alliage d'aluminium. [0018] Selon une variante, le coulage du premier matériau est un coulage par gravité d'un alliage d'aluminium, l'insert de trou d'évent étant réalisé en fonte graphite sphéroïdale ou en acier. [0019] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent : - figure 1, une vue en coupe d'un modèle tridimensionnel géométrique d'un bloc-moteur au niveau du carter de vilebrequin et d'un carter chapeau de palier vilebrequin ; - figure 2, une vue en coupe et en perspective d'un modèle tridimensionnel de tenue en fatigue d'un bloc-moteur au niveau du carter de vilebrequin. [oo2o] L'invention se rapporte à un bloc-moteur de moteur thermique. La figure 1 montre une vue en coupe d'un modèle tridimensionnel géométrique d'un bloc-moteur 20 de moteur thermique assemblé avec un carter chapeau de palier vilebrequin 80. Le bloc-moteur 20 est obtenu à partir d'un premier matériau, par moulage de ce matériau dans un moule. Ce premier matériau constitue le matériau de base du bloc-moteur. Le bloc-moteur 20 représenté en figure 1 est, par exemple, monobloc réalisé en matériau de base. [0021] Le bloc-moteur 20 comprend une partie 24 formant carter de cylindres. Cette partie 24 comprend au moins deux cylindres, dont un seul cylindre 40 est visible en figure 1, du fait de la vue en coupe. Le cylindre 40 est visualisé par son enveloppe extérieure. Le deuxième cylindre est par exemple situé derrière le cylindre 40 visible, dans la même direction, correspondant ainsi à une géométrie de cylindres en ligne, selon un axe perpendiculaire 88 au plan de la coupe de la figure 1. [0022] Le bloc-moteur 20 comprend aussi une partie 26 formant carter de vilebrequin. Cette partie 26 comprend un pied de cylindre 60, visualisé par son enveloppe extérieure en figure 1. Ce pied de cylindre 60 est par exemple situé sous le cylindre 40 lorsque le bloc-moteur est logé dans un véhicule automobile. Selon la figure 1, le cylindre 40 s'étend jusqu'au pied de cylindre 60, le pied de cylindre 60 est alors associé fonctionnellement et structurellement au cylindre 40. Ainsi la partie 26 comprend un pied de cylindre 60 pour chaque cylindre 40 de la partie 24. Un deuxième pied de cylindre, associé au deuxième cylindre non représenté, peut ainsi être situé derrière le premier pied de cylindre 60, visible, associé au cylindre 40, visible, dans le cas du bloc-moteur avec la géométrie de cylindres en ligne, selon l'axe 88 perpendiculaire au plan de la coupe de la figure 1. [0023] Le bloc-moteur 20 comprend encore un trou 66 d'évent de circulation des gaz de carter. Dans le cas du bloc-moteur avec la géométrie de cylindres en ligne et selon la figure 1, le trou d'évent 66 permet la circulation des gaz de carter du pied de cylindre 60 à l'autre pied de cylindre, non représenté, qui est associé au deuxième cylindre, non représenté. [0024] Une partie du pourtour 62 du trou d'évent 66 est formée par un insert de moulage, non représenté. Cet insert est par exemple inséré, ou implanté, dans le moule de bloc-moteur 20, avant le coulage du matériau de base du bloc-moteur 20 dans le moule fourni. L'insert de moulage est alors disposé dans le moule de bloc-moteur 20 dans une région du moule qui correspond à une zone du bloc-moteur 20 séparant les pieds 60 des deux cylindres 40 du bloc-moteur 20. L'invention se rapporte en outre à un tel procédé de coulage du bloc-moteur 20 de moteur thermique. [0025] La présence d'un insert pour former au moins une partie du pourtour 62 du trou d'évent 66 permet d'améliorer la tenue en fatigue, localement c'est-à-dire au niveau du pourtour 62 du trou d'évent 66. [0026] La figure 2 représente une vue en coupe et en perspective d'un modèle tridimensionnel de tenue en fatigue du bloc-moteur 20 au niveau du carter de vilebrequin 26. La figure 2 représente le bloc-moteur 20 dépourvu d'insert de moulage formant au moins une partie du pourtour 62 du trou d'évent 66. Cette figure 2 est issue de calculs par éléments finis de bloc-moteur en aluminium obtenu par coulage sous-pression ou en fonte graphite lamellaire (abrégé en fonte GL) obtenue par gravité. Différentes zones du bloc-moteur 20 sont mises en évidence selon la tenue en fatigue en l'absence d'insert de trou d'évent 66. La tenue à la fatigue de l'ensemble du bloc-moteur présente ici une faiblesse au niveau du pourtour 62 du trou d'évent 66 en l'absence d'insert de trou d'évent. L'amélioration locale de la tenue en fatigue, par le rajout de l'insert dans la zone de plus grande faiblesse à la fatigue, permet alors d'augmenter la tenue en fatigue de l'ensemble du bloc-moteur. [0027] Pour contribuer à la fonction d'amélioration de la tenue en fatigue, l'insert est réalisé dans un autre matériau que le matériau de base du bloc-moteur. L'insert peut former la moitié du pourtour 62 du trou d'évent 66, pour améliorer encore la tenue en fatigue du bloc-moteur. Dans ce même but, l'insert forme de préférence la totalité du pourtour 62 du trou d'évent 66. L'insert peut ainsi avoir la géométrie d'un anneau. Une telle géométrie d'insert en anneau forme entièrement le pourtour du trou d'évent 66. [0028] Le bloc-moteur 20 fait partie plus généralement d'un groupe motopropulseur, non représenté, également objet de l'invention. Le groupe motopropulseur comporte notamment : - un vilebrequin, non représenté, reçu dans la partie 26. Le vilebrequin ainsi reçu passe alors du pied 60 d'un des deux cylindres 40 au pied 60 de l'autre des deux cylindres 40. - des pistons, reçu chacun dans un des cylindres 40 de la partie 24. Les pistons sont reliés au vilebrequin au niveau du pied 60 de leur cylindre 40 associé. [0029] L'amélioration de la tenue en fatigue du bloc-moteur autorise la réduction 30 dimensionnelle du bloc-moteur et du groupe motopropulseur dans son ensemble (de l'anglais down-sizing). [0030] En définitive, l'invention permet l'obtention d'un groupe motopropulseur de véhicule automobile avec une tenue en fatigue satisfaisante et des dimensions réduites. [0031] L'invention se rapporte aussi à un véhicule automobile comprenant un groupe motopropulseur tel que précédemment décrit. De part la faculté de réduction dimensionnelle du bloc-moteur tout en maintenant une tenue en fatigue satisfaisante, le véhicule automobile proposée possède un groupe motopropulseur moins encombrant et moins lourd. Le gain en poids ainsi obtenu est un avantage dans un contexte de tendance à la réduction de la consommation de carburant et à la réduction de l'émission de CO2 ou d'autres polluants. [0032] La suite de la description décrit plus particulièrement la mise en oeuvre de modes préférés de réalisation du bloc-moteur ou du procédé de moulage permettant d'obtenir le bloc-moteur. [0033] Le matériau de base du bloc-moteur 20 peut être choisi de préférence dans un matériau moins résistant que le matériau de réalisation de l'insert pour des questions de coûts de fabrication du bloc-moteur 20. [0034] L'insert permet de renforcer la tenue à la fatigue en apportant localement un matériau plus noble, c'est-à-dire qui présente une plus grande résistance à la fatigue. [0035] Le matériau de base du bloc-moteur peut être un alliage d'aluminium obtenu par coulage sous pression (abrégé en aluminium sous-pression). Le matériau de l'insert de trou d'évent 66 étant choisi plus résistant que l'alliage d'aluminium sous pression, l'insert de trou d'évent est par exemple réalisé en alliage d'aluminium obtenu par coulage par gravité (abrégé en aluminium gravité).

En effet la tenue à la fatigue d'un aluminium gravité peut être de 20 à 30 °/O supérieure à celle d'un aluminium sous pression. [0036] Alternativement, le matériau de base du bloc-moteur peut être un alliage d'aluminium obtenu par coulage par gravité. Le matériau de l'insert de trou d'évent 66 étant choisi plus résistant que l'alliage d'aluminium coulé par gravité, l'insert de trou d'évent est par exemple réalisé en acier ou en fonte graphite sphéroïdale (fonte GS). [0037] Le matériau de base du bloc-moteur peut aussi être une fonte GL. Le matériau de l'insert de trou d'évent 66 étant choisi plus résistant que la fonte GL, l'insert de trou d'évent est par exemple réalisé en en acier ou en fonte GS. En effet, la tenue à la fatigue d'une fonte GS est 1000/0 supérieure à celle d'une fonte GL. [0038] Pour les bloc-moteur réalisés en fonte GL ou en aluminium gravité, la pression de dimensionnement des cylindres en tenue en fatigue peut être supérieure à 180 bars. [0039] Selon un mode de réalisation de l'insert de trou d'évent sous forme d'anneau, l'épaisseur de l'anneau est apte à assurer une tenue en fatigue du bloc-moteur supérieur à 240 000 km ou supérieur à 10ans pour un véhicule automobile particulier. [0040] Selon un mode de réalisation, chacun des deux cylindres peut comprendre un insert de chemise. Il est alors avantageux de réaliser l'insert de trou d'évent 66 de façon monobloc avec l'un des inserts de chemise. L'insert de trou d'évent 66 est alors formé d'une seule pièce avec l'un des inserts de chemise, soit l'insert de chemise du cylindre 40 visible en figure 1, soit l'insert de chemise du cylindre non représenté. Il est aussi possible que deux inserts de trou d'évent 66 soit prévus, chacun de ses inserts étant monobloc avec un des inserts de chemise. Chacun des deux inserts de trou d'évent 66 forme alors une partie seulement du pourtour du même trou d'évent 66. [0041] De retour à la figure 1, la partie 26 formant carter de vilebrequin comprend un palier 68 de vilebrequin disposé entre les pieds des deux cylindres. Le palier 68 de vilebrequin coopère avec le carter chapeau de palier vilebrequin 80 à l'aide de vis de bridage 82. Ainsi le palier 68 de vilebrequin peut comprendre un insert d'ancrage des vis de bridage 82. Il est alors avantageux de réaliser l'insert de trou d'évent 66 de façon monobloc avec un tel insert d'ancrage. [0042] De façon cumulative, l'insert de trou d'évent 66 réalisé de façon monobloc avec l'insert d'ancrage peut avantageusement être monobloc avec un insert de chemise, dans le cas où des inserts de chemises sont prévus dans les cylindres 40 tel que précédemment décrit. Le bloc-moteur 20 est réalisé en deux portions de matériaux différents : - une première portion centrale en matériau présentant une bonne tenue à la fatigue (par exemple fonte GV), cette première portion, qui reçoit les efforts de combustion, est centrale dans le bloc-moteur et comprend les chemises de cylindres 40, les inserts de paliers 68 de vilebrequin et les inserts de trous d'évent 66 ; - une deuxième portion en matériau de base du bloc-moteur 20 (par exemple moins résistant à la fatigue tel que la fonte GL ou plus léger tel que l'aluminium ou le magnésium), cette deuxième portion correspond à une peau extérieure du bloc-moteur 20, peau extérieure sur laquelle peuvent être fixées les autres pièces du groupe motopropulseur telles que la culasse, la boite de vitesse ou d'autres accessoires du groupe motopropulseur.

Claims

REVENDICATIONS1. Un bloc-moteur de moteur thermique, obtenu par moulage d'un premier matériau dans un moule, le bloc-moteur (20) comprenant : une partie (24) formant carter de cylindres comprenant au moins deux cylindres (40) ; - une partie (26) formant carter de vilebrequin comprenant un pied de cylindre (60) pour chaque cylindre (40) de la partie (24) formant carter de cylindres ; - un trou d'évent (66) de circulation des gaz de carter d'un pied (60) de cylindre à l'autre pied (60) de cylindre ; le bloc-moteur (20) étant caractérisé en ce qu'une partie du pourtour (62) du trou d'évent (66) est formée par un insert de moulage réalisé dans un autre matériau que le premier matériau du bloc-moteur (20).
2. Le bloc-moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'insert forme la moitié, de préférence la totalité, du pourtour (62) du trou d'évent (66).
3. Le bloc-moteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier matériau est un alliage d'aluminium coulé sous pression, le matériau de l'insert du trou d'évent (66) étant un alliage d'aluminium coulé par gravité.
4. Le bloc-moteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier matériau est un alliage d'aluminium coulé par gravité ou une fonte graphite lamellaire, le matériau de l'insert du trou d'évent (66) étant en acier ou en fonte graphite sphéroïdale.
5. Le bloc-moteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chacun des deux cylindres (40) comprend un insert de chemise, l'insert de trou d'évent (66) étant monobloc avec l'un des inserts de chemise.
6. Le bloc-moteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la partie (26) formant carter de vilebrequin comprend un palier (68) de vilebrequin disposé entre les pieds (60) des deux cylindres (40), le palier (68) de vilebrequin comprenant un insert d'ancrage de vis (82) de carter chapeau de palier vilebrequin (80), l'insert de trou d'évent (66) étant monobloc avec l'insert d'ancrage.
7. Un groupe motopropulseur caractérisé en ce qu'il comprend un moteur thermique comportant : - un bloc-moteur (20) selon l'une des revendications 1 à 6 ; - un vilebrequin reçu dans la partie (26) formant carter de vilebrequin du bloc- moteur (20), le vilebrequin passant du pied (60) d'un des deux cylindres (40) au pied (60) de l'autre des deux cylindres (40) ; - des pistons, reçu chacun dans un des cylindres (40) de la partie (24) formant carter de cylindres et relié au vilebrequin au niveau du pied (60) de ce cylindre (40).
8. Un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un groupe motopropulseur selon la revendication 7.
9. Un procédé de coulage d'un bloc-moteur (20) de moteur thermique selon l'une des revendications 1 à 6, le procédé comprenant : - la fourniture d'un moule du bloc-moteur (20) ; - le coulage d'un premier matériau dans le moule ; le procédé étant caractérisé en ce que, avant le coulage du premier matériau dans le moule, un insert de moulage, réalisé dans un matériau autre que le premier matériau, est disposé dans le moule de bloc-moteur (20) dans une région du moule correspondant à une zone du bloc-moteur (20) séparant les pieds des deux cylindres (40) du bloc-moteur (20).
10. Le procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le coulage du premier matériau est un coulage sous pression d'un alliage d'aluminium, l'insert de trou d'évent (66) étant réalisé par coulage par gravité d'un alliage d'aluminium.
11. Le procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le coulage du premier matériau est un coulage par gravité d'un alliage d'aluminium, l'insert de trou d'évent (66) étant réalisé en fonte graphite sphéroïdale ou en acier.