Daimler choisit le Zytel pour un carter d'huile en polymère thermoplastique composite (aluminium sous pression /polymère injecté)

Daimler vient de décider d’équiper ses nouveaux moteurs diesel 4 cylindres (OM651), équipant la Mercedes-Benz Classe C, d’un carter d’huile en polymère thermoplastique. Une première dans l’industrie automobile. Ce carter modulaire, développé en étroite collaboration avec l’équipementier Bruss et le groupe DuPont, est constitué d’une coque supérieure en aluminium coulé et d’une coque inférieure multi-fonctionnelle, moulée en Zytel 70G35 HSLR. La conception adoptée assure la rigidité de la pièce tout en réduisant considérablement son poids (gain de 1,1 kg) par rapport à une pièce entièrement en aluminium.

Carter d'huile composite aluminium/polymère

Ce nylon, stabilisé chaleur et renforcé par des fibres de verre, apporte aussi une augmentation de la productivité de production grâce à sa très haute fluidité, qui permet de longs trajets d’écoulement, des temps d’injection courts et l’obtention facile de parois minces. Sa compatibilité élevée avec le soudage par ultrasons vient encore accroître les rendements.

La partie arrière, qui forme une cuve pouvant recevoir environ 6 litres d’huile, est rendue très rigide par sa forme. La partie avant, pour sa part, est plus plate afin de s’imbriquer au mieux avec le châssis et la crémaillère de direction, d’où une résistance à la courbure et une rigidité relativement basses ; d’autres mesures étaient donc requises pour minimiser le gauchissement et la déformation, ainsi que pour éliminer tout risque de fuite au niveau du joint avec la coque supérieure en aluminium. La solution a consisté à créer un “sandwich”, avec une seconde pièce moulée par injection : un déflecteur d’huile produit séparément, soudé sur la partie plate du carter, qui contribue à réduire les remous de l’huile, agitée par le vilebrequin, et la redirige dans la cuve. À eux deux, la cuve et le déflecteur, ainsi que d’autres agencements venant parfaire la conception globale, aident à assurer la stabilité dans toutes les conditions de service. Dans la partie cuve, des inserts en cuivre noyés à chaud reçoivent le bouchon de vidange et le contacteur de niveau d’huile. Les nervures hautes de la cuve font office de déflecteurs, contribuant à atténuer les remous de l’huile et à la rediriger vers la cuve.

Avant de produire le premier outillage, Bruss a sollicité l’assistance technique de DuPont en plus de ses propres simulations. Une analyse par la méthode des éléments finis a permis de parfaire la position des nervures à la périphérie du carter (dans la zone non couverte par le déflecteur d’huile), afin d’augmenter fortement la rigidité générale de la section plate, mais avec une incidence minimale sur la hauteur totale de la pièce.

Des études d’écoulement ont été réalisées par DuPont pour mesurer les répercussions de l’épaisseur des parois, du nombre de seuils d’injection et de leur positionnement sur la formation de la ligne de soudure et le gauchissement, ce qui a permis d’optimiser les paramètres de mise en œuvre. Grâce au très bon écoulement à l’état fondu du Zytel 70G35 HSLR, il suffit d’un seul point d’injection central pour remplir complètement la cavité du moule, tout en bénéficiant de temps de cycle courts. Par rapport à un outillage avec plusieurs points d’injection (qui aurait pu être requis avec d’autres grades de nylon), les coûts d’outillage sont réduits et le contrôle du processus est simplifié, tandis que le nombre de lignes de soudure et le risque de bulles d’air sont eux aussi minimisés.

Enfin, le Centre Technique Européen de DuPont à Genève a complété l’analyse des propriétés de la structure, en simulant la chute de l’ensemble moteur-transmission jeté avec force depuis un chariot élévateur. Des tests réels, effectués par Bruss avec des composants prototypes, ont confirmé la résistance du module : même après un vieillissement de 1 000 heures dans de l’huile chaude à 150 °C, le carter résiste à ces rigoureuses conditions de test sans être endommagé de façon critique.

Par-dessus tout, l’utilisation de polymères thermoplastiques pour ce carter d’huile ouvre la voie à l’intégration d’autres fonctions. Sous sa forme actuelle, le déflecteur d’huile a déjà été intégré – pour limiter le bouillonnement lors du retour de l’huile dans le carter. Les autres fonctions que l’on envisage d’intégrer dans les futurs modèles de carter d’huile pourraient comprendre le tube d’admission d’huile, le contacteur de niveau d’huile, le filtre à huile, d’autres composants de retour d’huile ou des pompes à huile.

Source : Industrie et Technologies, 24/10/2008

Janvier 2009

Carter d'huile composite aluminium/polymère

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