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Architecture moteur Le carter cylindres Sommaire du cours Fonctions du carter cylindres Fonctions principales Fonctions secondaires Fonctions de contrainte Architecture Partie haute du carter Partie basse Fonctions à satisfaire par le carter (Blow-by, lubrification, …) Technologies par zones Fûts, Tablature, Chambre d’eau, Mandoline, liaison paliers Exemples de carters Octobre 2007 – Cours ENSTA – D3 Le Moteur Automobile – C. Savalle 2 Ch 4-08 Architecture/Carter cylindres 1 V6 Lion engine cylinder block Octobre 2007 – Cours ENSTA – D3 Le Moteur Automobile – C. Savalle 3 Ch 4-08 Architecture/Carter cylindres Fonctions principales Guider : le vilebrequin les pistions Fermer la chambre de combustion et tenir la culasse Permettre la circulation : de l’huile, d’eau pour refroidissement, des gaz de blow-by Evacuer les calories de la combustion Octobre 2007 – Cours ENSTA – D3 Le Moteur Automobile – C. Savalle 4 Ch 4-08 Architecture/Carter cylindres 2 Fonctions principales Guider le piston En limitant les frottements En assurant l’étanchéité Guider le vilebrequin En assurant la rigidité, l’alignement des paliers En résistant aux efforts d’inertie et de combustion En assurant la circularité et l’état de surface Fermer la chambre et tenir la culasse Grâce au joint de culasse Assurer l’étanchéité au gaz, à l’huile et à l’eau Evacuer les calories Tenue thermomécanique des zones les plus sollicitées : inter-fûts Températures matière compatibles avec une bonne qualité de combustion (trop froide : perte aux parois élevées, dégradation de la combustion / trop chaude : dégradation du remplissage) volume d’eau minimisé pour garantir une montée en température rapide après démarrage à froid limitation de la puissance thermique émise vers l’extérieur moteur (température sous capot) Octobre 2007 – Cours ENSTA – D3 Le Moteur Automobile – C. Savalle 5 Ch 4-08 Architecture/Carter cylindres Fonctions secondaires Le carter cylindres doit supporter ou intégrer : La pompe à huile La pompe à eau Le démarreur L’alternateur La pompe d’injection La pompe à air Le carter d’huile Les arbres d’équilibrage D’autres accessoires Le marquage Le système d’élinguage Octobre 2007 – Cours ENSTA – D3 Le Moteur Automobile – C. Savalle 6 Ch 4-08 Architecture/Carter cylindres 3 Fonctions secondaires Le carter cylindre doit tenir la boite de vitesses Afin de passer le couple vers la roue Afin de limiter la flexibilité de l’ensemble Le carter cylindre doit permettre d’accrocher le groupe motopropulseur dans le véhicule Octobre 2007 – Cours ENSTA – D3 Le Moteur Automobile – C. Savalle 7 Ch 4-08 Architecture/Carter cylindres Fonctions de contraintes Satisfaire le cahier des charges masse du moteur Le carter représente 25 à 35 % de la masse du moteur Le matériau utilisé (aluminium, fonte, magnésium) influence directement la masse du carter Être étanche Garantir les étanchéités internes et externes vis à vis de tous les fluides circulants dans le carter Respecter l’oreille Limiter les vibrations transmises au véhicule Limiter les vibrations transmises aux autres éléments rayonnant du moteur (la culasse par exemple) Limiter le bruit rayonné Octobre 2007 – Cours ENSTA – D3 Le Moteur Automobile – C. Savalle 8 Ch 4-08 Architecture/Carter cylindres 4 Architecture Combustion Essence/Diesel, directe/indirecte Pression, température Encombrement Longueur, hauteur, largeur Sécurité passive du véhicule Acoustique Partenaires Type de boite de vitesses à accoupler Type de culasse, nombre et position des vis de fixation Type de vilebrequin, l’épaisseur de bras et les contraintes résultantes sur l’entraxe cylindre minimal. Masse type de matériau envisagé Moyen de production cadence journalière de production flexibilité ou non des moyens d’usinage et de montage et les contraintes Réutilisation et communauté avec d’autres moteurs existants. Fiabilité Octobre 2007 – Cours ENSTA – D3 Le Moteur Automobile – C. Savalle 9 Ch 4-08 Architecture/Carter cylindres Zones Conception en 3 zones la face supérieure (ou tablature) la zone centrale contenant les fûts le bas moteur 3 types de contraintes : Termo-mécanique en partie haute Triboligique sur les fûts Mécanique en partie basse Notion de renfort local, adaptation géométrie / matériau zone par zone (insert, traitement de surface). Octobre 2007 – Cours ENSTA – D3 Le Moteur Automobile – C. Savalle 10 Ch 4-08 Architecture/Carter cylindres 5 Tablature Elles sont soit ouvertes (Open deck) soit fermées (Closed deck) Octobre 2007 – Cours ENSTA – D3 Le Moteur Automobile – C. Savalle 11 Ch 4-08 Architecture/Carter cylindres Les fûts Doivent présenter de bonnes caractéristiques tribologiques Sont renforcés localement par ajout de chemises (chemise fonte, frittée ou aluminium hypersilicié) si carter aluminium ou projection thermique pour les carters fonte. Le choix de la technologie fût conditionne l’inter-fûts donc la longueur moteur Octobre 2007 – Cours ENSTA – D3 Le Moteur Automobile – C. Savalle 12 Ch 4-08 Architecture/Carter cylindres 6 Les fûts intégrés Réalisés dans la matière de base du carter (carter mono-matière) cas de la fonte process connu et répandu, solution économique, bonne rigidité des fûts, amortissement des vibrations pénalisé en masse Cas de l’aluminium hypersilicié bonne caractéristiques mécaniques, avantage en masse, difficulté usinage Octobre 2007 – Cours ENSTA – D3 Le Moteur Automobile – C. Savalle 13 Ch 4-08 Architecture/Carter cylindres Les fûts intégrés – Closed deck Octobre 2007 – Cours ENSTA – D3 Le Moteur Automobile – C. Savalle 14 Ch 4-08 Architecture/Carter cylindres 7 Les fûts intégrés – Open deck Octobre 2007 – Cours ENSTA – D3 Le Moteur Automobile – C. Savalle 15 Ch 4-08 Architecture/Carter cylindres Les chemises rapportées amovibles Avantages Simplicité de fonderie carter cylindres Solution économique Bon refroidissement des chemises Changement possible de la chemise sur changement carter cylindres (utilisation en sport automobile) Inconvénients Déformée de chemise (incidence Blow-by, consommation d’huile) Tenue du joint de culasse Octobre 2007 – Cours ENSTA – D3 Le Moteur Automobile – C. Savalle 16 Ch 4-08 Architecture/Carter cylindres 8 Les chemises insérées à la coulées Process utilisé pour chemises en fonte, en fritté ou en aluminium hypersilicié, insérées dans un carter alu, sur carter sous pression ou gravité Maîtrise positionnement à la coulée (pendant l’injection) Déformation chemises suite contraintes thermiques à la coulée Possibilité de préchauffer les chemises Nécessité d’une bonne cohésion chemise – carter Cohésion assurée mécaniquement (action sur les décors extérieurs de chemises (rugosité, états de surface, …) ou chimiquement par refusion locale de la chemise. Octobre 2007 – Cours ENSTA – D3 Le Moteur Automobile – C. Savalle 17 Ch 4-08 Architecture/Carter cylindres Les chemises insérées à la coulées Octobre 2007 – Cours ENSTA – D3 Le Moteur Automobile – C. Savalle 18 Ch 4-08 Architecture/Carter cylindres 9 L’interfuts Technologie fûts Inter fût mini imposé par process Chemises suspendues 10 à 14 mm Chemises comprimées 8 à 10 mm Chemises sèches 8 à 10 mm Fûts intégrés avec refroidissement inter-fûts de fonderie 8 à 9 mm Fûts intégrés avec refroidissement inter-fûts foré 7 mm Fûts intégrés sans refroidissement 5,5 mm Octobre 2007 – Cours ENSTA – D3 Le Moteur Automobile – C. Savalle 19 Ch 4-08 Architecture/Carter cylindres La tablature Octobre 2007 – Cours ENSTA – D3 Le Moteur Automobile – C. Savalle 20 Ch 4-08 Architecture/Carter cylindres 10 La tablature La tablature reçoit le joint de culasse et la culasse, elle comporte : Les passages des fixations de la culasse Les orifices de circulation d’eau ( haricots bruts de fonderie ou montées calibrées par usinage ) un ou plusieurs orifices de montée d’huile sous pression des passages souvent bruts pour descentes d’huile et remontées de gaz de carter deux logements pour positionnement de la culasse le cas échéant, des passages pour d’autres fonctions : chaîne de distribution La face supérieure contribue fortement à une triple étanchéité : Etanchéité aux gaz ( contact sertissure joint de culasse avec fût Etanchéité à l’huile Etanchéité à l’eau Octobre 2007 – Cours ENSTA – D3 Le Moteur Automobile – C. Savalle 21 Ch 4-08 Architecture/Carter cylindres Le matériau Fonte Bonnes caractéristiques mécaniques Coût intéressant Amortissement acoustique Pénalisation en masse Aluminium Bonnes caractéristiques thermiques Intérêt en masse Nécessite un renfort au niveau des fûts Alliage cher Octobre 2007 – Cours ENSTA – D3 Le Moteur Automobile – C. Savalle 22 Ch 4-08 Architecture/Carter cylindres 11 Tablature bi-matière Octobre 2007 – Cours ENSTA – D3 Le Moteur Automobile – C. Savalle 23 Ch 4-08 Architecture/Carter cylindres La chambre d’eau Chambre d’eau moteur open-deck Octobre 2007 – Cours ENSTA – D3 Le Moteur Automobile – C. Savalle 24 Ch 4-08 Architecture/Carter cylindres 12 La mandoline Forme intérieure du carter cylindre laissant passer l’attelage mobile. Octobre 2007 – Cours ENSTA – D3 Le Moteur Automobile – C. Savalle 25 Ch 4-08 Architecture/Carter cylindres Les sections d’équilibrage Blow-by Mise en communication des sous domaines 1-2 et 3-4 Octobre 2007 – Cours ENSTA – D3 Le Moteur Automobile – C. Savalle 26 Ch 4-08 Architecture/Carter cylindres 13 La circulation d’huile Octobre 2007 – Cours ENSTA – D3 Le Moteur Automobile – C. Savalle 27 Ch 4-08 Architecture/Carter cylindres 3.Technologie zone par zone 3.6. La ligne d’arbre Le carter chapeau On distingue Le carter chapeau Les paliers indépendants rapportés Les paliers en grappes On distingue les carters à découpe au droit de la ligne d’arbre (plan de joint carter / palier passant par l’axe vilebrequin) et les carters à « jupe » (plan de joint périphérique du carter décalé par rapport à l’axe vilebrequin). Octobre 2007 – Cours ENSTA – D3 Le Moteur Automobile – C. Savalle 28 Ch 4-08 Architecture/Carter cylindres 14 Le carter chapeau Octobre 2007 – Cours ENSTA – D3 Le Moteur Automobile – C. Savalle 29 Ch 4-08 Architecture/Carter cylindres Le carter à jupes Octobre 2007 – Cours ENSTA – D3 Le Moteur Automobile – C. Savalle 30 Ch 4-08 Architecture/Carter cylindres 15
