EP1781434A2 - Bloc-cylindres permettant la reduction du bruit, procede de moulage d'un tel bloc-cylindres - Google Patents

Bloc-cylindres permettant la reduction du bruit, procede de moulage d'un tel bloc-cylindres

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EP1781434A2
EP1781434A2 EP05770967A EP05770967A EP1781434A2 EP 1781434 A2 EP1781434 A2 EP 1781434A2 EP 05770967 A EP05770967 A EP 05770967A EP 05770967 A EP05770967 A EP 05770967A EP 1781434 A2 EP1781434 A2 EP 1781434A2
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EP
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cylinder block
boxes
longitudinal
internal combustion
combustion engine
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
    • B22C9/103—Multipart cores

Definitions

  • Cylinder block, molding process and engine comprising such a cylinder block
  • the invention relates to a cylinder block of an internal combustion engine as well as to an engine comprising such a cylinder block.
  • the invention also relates to a molding process for the production of cylinder blocks according to the invention.
  • the invention relates more particularly to a cylinder block comprising, an upper part comprising a plurality of cylindrical bores aligned in a longitudinal direction, a water envelope surrounding them, and a lower part, such as a skirt, delimiting a volume for a crankshaft mechanism.
  • the combustion noises radiated by an internal combustion engine are a function of this combustion (which is the excitation phenomenon) and of the dynamic response (vibrations) of the Powerplant to this excitation.
  • An object of the present invention is to overcome all or part of the drawbacks of the prior art noted above.
  • the cylinder block according to the invention is essentially characterized in that at least one of the two longitudinal faces of the cylinder block comprises at minus a first set of boxes forming non-chambers communicating with each other and having a common external wall extending without discontinuity over part of the length of a longitudinal face.
  • Each set or row of boxes constitutes a longitudinal reinforcement line. Furthermore, the vertical spaces delimiting the partitions of the boxes form a series of vertical reinforcements.
  • the boxes have a thickness of between 15 and 30 mm approximately.
  • the area covered by each set of boxes extends over a length of at least two thirds, and preferably at least three quarters, of the length of the longitudinal face of the casing, and each set of boxes has a height of between 3 and approximately 20% of the height of the longitudinal faces.
  • the casing comprises at least two rows of boxes (i.e. 4 sets), a first row being for example located substantially at the transition between the bores intended to receive the pistons and the lower part of the cylinder block (or skirt) delimiting the volume for the crankshaft mechanism and a second row preferably located approximately halfway up the lower part of the cylinder block.
  • a particularly simple means of carrying out the invention consists in modifying the central core used for molding the casing to form a series of protrusions which will delimit the volumes of the boxes. Under these conditions, boxes are advantageously obtained whose interior spaces communicate locally with the interior volume of the cylinder block, but without the boxes communicating with each other.
  • the invention also relates to an internal combustion engine comprising a cylinder block conforming to any one of the preceding characteristics.
  • - Figure 1 is a perspective view of a cylinder block according to the invention, cut transversely along a plane passing through the cylinder bore;
  • - Figure 2 shows a side view of the cylinder block of Figure 1, on the exhaust side;
  • - Figure 3 shows a side view of the cylinder block of Figure 1, on the intake side;
  • FIGS. 4 and 5 respectively represent perspective views of the longitudinal faces of the cylinder block of FIGS. 1 to 3,
  • FIG. 6 is a schematic view of an exemplary arrangement of a one-piece foundry core adapted to allow the molding of the cylinder block of FIGS. 1 to 5,
  • FIG. 1 illustrates a cylinder block 1 of an internal combustion engine according to a preferred embodiment of the invention.
  • the cylinder block 1 - of a generally essentially rectangular shape - comprises an upper part 2 comprising a plurality of vertical cylindrical bores 3 which are aligned in a longitudinal direction.
  • the bores 3 delimit the cylinders of the engine intended to receive pistons.
  • a water jacket 4 is provided in the upper part so as to surround the bores 3.
  • the cylinder block 1 also comprises a lower part 5, such as a skirt, and delimiting a volume for a crankshaft mechanism (not shown).
  • the upper 2 and lower 5 parts are made of a metallic material and are molded in one piece.
  • this cylinder block is delimited vertically by an upper face intended to receive a cylinder head (not shown) and by a lower face intended to receive an oil pan for example.
  • this cylinder block is delimited laterally by two longitudinal faces situated on either side of the alignment of the cylindrical bores 3 and two transverse faces.
  • the longitudinal faces are sometimes called respectively "intake face” and “exhaust face”, with reference to the path of the fresh and burnt gases with respect to the cylinders.
  • each of the longitudinal faces of the cylinder block 1 has two lines 6, 7 of longitudinal reinforcement.
  • Each reinforcement line is in fact constituted by the juxtaposition of a series of boxes having a common external wall, but with a series of vertical walls which form partitions.
  • the thickness of this external wall is between 4 and 5 mm approximately.
  • the interior chamber defined by a box is typically between 15 and 30 mm.
  • each row has a width of, for example, between 3 and 20% approximately of the height of the longitudinal faces (width of, for example, between 30 and 80 mm).
  • Each row of boxes is preferably parallel to the direction of alignment of the cylindrical bores 3. More specifically, the reinforcing assemblies 6, 7 are preferably parallel to the upper and lower faces of the cylinder block 1.
  • each row is partitioned, the external wall is continuous so that each assembly extends without discontinuity over substantially the entire length of the longitudinal faces of the cylinder block 1.
  • the reinforcement assemblies can extend continuously over two thirds, and preferably at least three quarters, of the length of the longitudinal face.
  • the longitudinal reinforcement rows are preferably centered on the middle part of the longitudinal face.
  • the cylinder block is provided with two times two rows of reinforcement, with a first row 6 located substantially halfway up the lower part 4 of the cylinder block. This gives better transverse rigidity to the skirts, thus improving their bending behavior.
  • a second reinforcing row 7 is preferably arranged substantially at the transition between the upper 2 and lower 4 parts of the cylinder block 1. That is to say that the first reinforcing line 15 is located at the connection between the barrels (cylinders 3) and the engine skirt.
  • This longitudinal reinforcement line 7 allows better joining between the upper 2 and lower 3 parts of the cylinder block 1 and improves the behavior thereof when subjected to torsional forces.
  • the invention thus allows a structural reinforcement of the cylinder block 1 and a reduction of the noises radiated by the engine when it is subjected to torsional and / or bending forces.
  • the noise generated by the vibration of the block 1 is reduced from 2 to 3dB compared to known cylinder blocks.
  • the attenuation of noise is particularly important around the frequencies between 2500 and 2700 Hz as well as between 1000 and 1800 Hz.
  • a third row of reinforcement 8 is provided.
  • the partitions delimiting two consecutive boxes of the same row also constitute vertical reinforcement lines arranged regularly along the longitudinal faces of the cylinder block. These reinforcement lines are oriented from bottom to top on the cylinder block.
  • FIG. 3 illustrates a molding process which can advantageously be implemented for the production of cylinder blocks according to the invention.
  • four arrangements of cylinder blocks are arranged in an aligned manner in a mold. More precisely, the arrangements of nuclei are associated in pairs. The arrangements of each pair are joined face down against face down - that is to say that there are two clusters of two cylinder blocks joined to their base.
  • each core is provided with a series of protrusions.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

Bloc-cylindres, procédé de moulage et moteur comportant un tel bloc-cylindres
L'invention se rapporte à un bloc-cylindres de moteur à combustion interne ainsi qu'à un moteur comportant un tel bloc cylindres. L'invention a également pour objet un procédé de moulage pour la réalisation de blocs-cylindres selon l'invention.
L'invention concerne plus particulièrement un bloc-cylindres comprenant, une partie supérieure comportant une pluralité d'alésages cylindriques alignés selon une direction longitudinale, une enveloppe à eau entourant ceux-ci, et une partie inférieure, telle qu'une jupe, délimitant un volume pour un mécanisme de vilebrequin.
Les bruits de combustion rayonnes par un moteur à combustion interne sont fonctions de cette combustion (qui est le phénomène excitateur) et de la réponse dynamique (vibrations) du Groupe Moto-Propulseur à cette excitation.
Les moteurs sont soumis à des normes de pollution de plus en plus sévères qui sont très contraignantes pour la mise au point de la combustion. De ce fait, le potentiel de réduction du bruit de combustion par la mise au point de la combustion elle-même est de plus en plus réduit. Pour cette raison, il est connu de proposer des modifications d'architecture du moteur pour mieux maîtriser son rayonnement acoustique. Les solutions connues sont cependant peu satisfaisantes en terme de réduction du bruit généré par le moteur et/ou impliquent des modifications d'architecture complexes souvent incompatibles avec une production à grande échelle. Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus.
A cette fin, le bloc-cylindres selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce qu'au moins une des deux faces longitudinales du bloc-cylindres comporte au moins un premier ensemble de caissons formant des chambres non communicantes entre elles et disposant d'une paroi externe commune s'étendant sans discontinuité sur une partie de la longueur d'une face longitudinale.
Chaque ensemble ou rangée de caissons constitue une ligne de renforcement longitudinale. Par ailleurs les espaces verticaux délimitant les cloisons des caissons forment une série de renforts verticaux.
De préférence, les caissons ont une épaisseur comprise entre 15 et 30 mm environ. La zone couverte par chaque ensemble de caissons s'étend sur une longueur d'au moins deux tiers, et de préférence au moins trois quarts, de la longueur de la face longitudinale du carter, et chaque ensemble de caissons a une hauteur comprise entre 3 et 20% environ de la hauteur des faces longitudinales.
Dans un arrangement particulièrement préféré, le carter comporte au moins deux rangées de caissons (soit 4 ensembles), une première rangée étant par exemple située sensiblement au niveau de la transition entre les alésages destinés à accueillir les pistons et la partie inférieure du bloc-cylindres (ou jupe) délimitant le volume pour le mécanisme de vilebrequin et une seconde rangée située de préférence sensiblement à mi-hauteur de la partie inférieure du bloc-cylindres.
Un moyen particulièrement simple de réalisation de l'invention consiste à modifier le noyau central utilisé pour le moulage du carter pour former une série d'excroissances qui vont délimiter les volumes des caissons. Dans ces conditions, on obtient avantageusement des caissons dont les espaces intérieurs communiquent localement avec le volume intérieur du bloc-cylindres, mais sans que les caissons ne communiquent entre eux.
L'invention a également pour objet un moteur à combustion interne comportant un bloc-cylindres conforme à l'une quelconque des caractéristiques précédentes.
D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci- après, faite en référence aux figures dans lesquelles :
- la figure 1 est une vue en perspective d'un bloc-cylindres selon l'invention, coupé transversalement selon un plan passant par alésage de cylindre ; - la figure 2 représente une vue latérale du bloc-cylindres de la figure 1 , coté face d'échappement ; - la figure 3 représente une vue latérale du bloc-cylindres de la figure 1 , coté face d'admission ;
- les figures 4 et 5 représentent respectivement des vues en perspectives des faces longitudinales du bloc-cylindres des figures 1 à 3,
- la figure 6 est une vue schématique d'un exemple d'agencement de d'un noyau de fonderie monobloc adapté pour permettre le moulage du bloc-cylindres des figures 1 à 5,
La figure 1 illustre un bloc-cylindres 1 de moteur à combustion interne selon un exemple de réalisation préféré de l'invention.
Classiquement, le bloc-cylindres 1 - d'une forme générale essentiellement parallélépipédique - comprend une partie supérieure 2 comportant une pluralité d'alésages cylindriques 3 verticaux qui sont alignés selon une direction longitudinale. Les alésages 3 délimitent les cylindres du moteur destinés à accueillir des pistons. Une enveloppe à eau 4 est ménagée dans la partie supérieure de façon à entourer les alésages 3.
Le bloc-cylindres 1 comprend également une partie inférieure 5, telle qu'une jupe, et délimitant un volume pour un mécanisme de vilebrequin (non représenté).
De préférence, les parties supérieure 2 et inférieure 5 sont constituées d'un matériau métallique et sont moulées de façon monobloc. En considérant ce bloc- cylindres comme un parallélépipède, il est délimité verticalement par une face supérieure destinée à accueillir une culasse non représentée et par une face inférieure destinée à accueillir un carter d'huile par exemple. De même, il est délimité latéralement par deux faces longitudinales situées de part et d'autre de l'alignement des alésages cylindriques 3 et deux faces transversales. Les faces longitudinales sont appelées quelquefois respectivement "face admission" et "face échappement", en référence au trajet des gaz frais et brûlés par rapport aux cylindres.
Dans l'exemple de réalisation de l'invention représenté à la figure 1 , chacune des faces longitudinales du bloc-cylindres 1 comporte deux lignes 6, 7 de renforcement longitudinales. Chaque ligne de renforcement est en fait constituée par la juxtaposition d'une série de caissons ayant une paroi externe commune, mais avec une série de parois verticales qui forment des cloisons.
Dans une variante de l'invention tout particulièrement préférée, l'épaisseur de cette paroi externe est comprise entre 4 et 5 mm environ. La chambre intérieure définie par un caisson est typiquement comprise entre 15 et 30 mm.
La distance entre deux rangées adjacentes (par exemple entre la rangée située sur la partie supérieure et la rangée située en partie inférieure) peut être comprise entre 4 et 80 mm par exemple. De plus, chaque rangée a une largeur comprise, par exemple, entre 3 et 20% environ de la hauteur des faces longitudinales (largeur comprise par exemple entre 30 et 80 mm).
Chaque rangée de caissons est de préférence parallèle à la direction d'alignement des alésages cylindriques 3. Plus précisément, les ensembles 6, 7 de renforcement sont de préférence parallèles aux faces supérieure et inférieure du bloc-cylindres 1.
Même si chaque rangée est cloisonnée, la paroi externe est continue de sorte que chaque ensemble s'étend sans discontinuité sur sensiblement toute la longueur des faces longitudinales du bloc-cylindres 1. Cependant, les ensembles de renforcement peuvent s'étendre de façon continue sur deux tiers, et de préférence au moins trois quarts, de la longueur de la face longitudinale. Dans ce cas, les rangées de renforcement longitudinales sont de préférence centrées sur la partie médiane de la face longitudinale.
Dans le cas ici représenté, le bloc-cylindres est muni de deux fois deux rangées de renforcement, avec une première rangée 6 située sensiblement à mi-hauteur de la partie inférieure 4 du bloc-cylindres. Ceci confère une meilleure rigidité transversale aux jupes, améliorant ainsi leur comportement en flexion.
Par ailleurs, une seconde rangée de renforcement 7 est de préférence disposée sensiblement au niveau de la transition entre les parties supérieure 2 et inférieure 4 du bloc-cylindres 1. C'est à dire que la première ligne 15 de renforcement est située au niveau de la liaison entre les fûts (cylindres 3) et la jupe du moteur. Cette ligne 7 de renforcement longitudinale permet une meilleure solidarisation entre les parties supérieure 2 et inférieure 3 du bloc-cylindres 1 et améliore le comportement de celui-ci lorsqu'il est soumis à des efforts de torsion.
L'invention permet ainsi un renforcement structurel du bloc-cylindres 1 et une diminution des bruits rayonnes par le moteur lorsqu'il est soumis à des efforts de torsion et/ou de flexion. En particulier, lorsque le bloc-cylindres 1 est soumis à des excitations vibratoires comprises entre 800 et 3000 Hz, les bruits générés par la vibration du bloc 1 sont réduits de 2 à 3dB par rapport aux bloc-cylindres connus. L'atténuation des bruits est particulièrement importante autour des fréquences comprises entre 2500 et 2700 Hz ainsi qu'entre 1000 et 1800 Hz. Dans l'exemple de réalisation proposé figure 2, une troisième rangée de renforcement 8 est prévue.
Les cloisons délimitant deux caissons consécutifs d'une même rangée constituent également des lignes de renforcement verticales disposées de façon régulière le long des faces longitudinales du bloc-cylindres. Ces lignes de renforcement sont orientées de bas en haut sur le bloc-cylindres.
Ces cloisons verticales participent contribuent à rigidifier le bloc-cylindres qui est ainsi menu d'un maillage formant pratiquement une cote de lignes de renforcement.
La figure 3 illustre un procédé de moulage qui peut être avantageusement mis en œuvre pour la réalisation de blocs-cylindres selon l'invention. Selon l'exemple de réalisation illustré de façon très schématique sur cette figure 3, quatre agencements de blocs-cylindres sont disposés de façon alignée dans un moule. Plus précisément, les agencements de noyaux sont associés par paire. Les agencements de chaque paire sont accolés face inférieure contre face inférieure - c'est-à-dire qu'il y a deux grappes de deux blocs-cylindres joints à leur base.
Pour le renforcement selon l'invention, chaque noyau est muni d'une série d'excroissances.
Entre deux excroissances se forment ainsi des cloisons, sans communication longitudinale entre les caissons délimités par ces cloisons. Par contre, comme ces excroissances sont rattachées par des isthmes au noyau central de sorte que la chambre intérieure de chaque caisson communique avec l'espace intérieur de chaque cylindre.
Pour ce qui est du mode de réalisation prévoyant également une rangée de caissons environ à mi-hauteur du fut (cas de la figure 2), il faut prévoir également des excroissances sur le noyau utilisé pour les enveloppes d'eau, tel que représenté par exemple figure 4 où les excroissances 8' correspondent aux caissons 8 de la figure 2, et où on reconnaît notamment les éléments de noyaux 3' correspondant aux cylindres 3.

Claims

REVENDICATIONS
1. Bloc-cylindres (1) de moteur à combustion interne comprenant une partie supérieure (2) comportant une pluralité d'alésages cylindriques (3) alignés selon une direction longitudinale et une enveloppe à eau (4) entourant ceux-ci, une partie inférieure (5) telle qu'une jupe et délimitant un volume pour un mécanisme de vilebrequin, le bloc-cylindres (1) comportant deux faces longitudinales situées de part et d'autre de l'alignement des alésages cylindriques (3), caractérisé en ce qu'une moins une des deux faces longitudinales du bloc-cylindres comporte au moins un premier ensemble de caissons formant des chambres non communicantes entre elles et disposant d'une paroi externe commune s'étendant sans discontinuité sur une partie de la longueur d'une face longitudinale.
2. Bloc-cylindres (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les caissons ont une épaisseur comprise entre environ 15 et environ 30 mm.
3. Bloc-cylindres (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un ensemble de caissons s'étend sur au moins deux tiers, et de préférence au moins trois quarts, de la longueur de la face longitudinale.
4. Bloc-cylindres (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la hauteur d'un ensemble de caissons est comprise entre 3 et 20% de la hauteur d'une face longitudinale.
5. Bloc-cylindres (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que un des ensembles de caissons est située sensiblement au niveau de la transition entre les parties supérieure (2) et inférieure (4) du bloc-cylindres (1).
6. Bloc-cylindres (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que un des ensembles de caissons est située sensiblement à mi-hauteur de la partie inférieure (4) du bloc-cylindres (1).
7. Bloc-cylindres (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que un des ensembles de caissons est située sensiblement à mi-hauteur de la partie supérieure (2) du bloc-cylindres (1).
8. Bloc-cylindres (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre intérieure d'au moins un caisson communique au moins localement avec le volume intérieur du bloc- cylindres.
9. Moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comporte un bloc- cylindres conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.
10. Procédé de moulage d'au moins un bloc-cylindres d'un moteur à combustion interne consistant à disposer un agencement d'une pluralité de noyaux dans un moule et à couler un métal dans le moule, lesdits noyaux de l'agencement comprenant un noyau central (7) définissant une partie inférieure de bloc-cylindres telle qu'une jupe délimitant un volume pour un mécanisme de vilebrequin, une partie supérieure de bloc-cylindres définissant une pluralité de cylindres (3) alignés selon une direction longitudinale, l'agencement comprenant deux faces extérieures longitudinales délimitant respectivement deux parois longitudinales du bloc-cylindres et situées respectivement de part et d'autre de l'alignement des cylindres (3), caractérisé en ce qu le noyau central est muni d'une série d'excroissances délimitée une ligne de renforcement constituée d'une série de caissons communicants l'intérieur du bloc-cylindres et non communicants entre eux.
11.
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