Brevet FR2236612A1 — publié le 19750207

La présente invention concerne les soupapes évidées, en particulier pour moteurs à combustion interne, ainsi que le procédé de fabrication de ces soupapes. Les soupapes à champignon, utilisées en particulier dans les moteurs a combustion interne, sont souvent évidées. On sait que ces soupapes évidées sont préférées aux soupapes massives essentiellement pour les deux raisons suivantes - plus grande légèreté que les soupapes massives et, de plus, étant remplies de sodium, du fait qu'elles sont refroidies, résistent mieux aux contraintes thermiques et mécaniques. Dans l'étant présent de la technique, on connais différents procédés de fabrication de soupapes évidées å champignon, remplies d'un produit réfrigérant par exemple le sodium ou un amalgame de sodium et de mercure ou de tout autre matière appropriée. On sait également que pour qutil soit possible d'introduire dans la soupape un produit réfrigérant, il faut que cette soupape présente dans sa tige une chambre coaxiale, éventuellement évasée au niveau du champignon. Conformément à l'un des procédés connus de fabrication de ces soupapes évidées, procédé qui est représenté de façon schématique sur les figures 1 et 2, on perce la tige suivant son axe depuis son extrémité comportant le champignon, on remplit la chambre A ainsi réalisée avec un produit réfrigérant et l'on referme cette chambre par sertissage ou montage d'une pièce métallique B de recouvrement (figure 1) appliquée préalablement sur l'extrémité de la tige C. Une fois cette pièce terminale B amenée au diamètre de la tige C, on la soumet à une opération de tournage et de rectification. La figure 2 représente la soupape avec sa chambre A déjà fermée. Les inconvénients majeurs d'un tel procédé résultent de la nécessité d'agencer å l'extrémité de la tige, un anneau métallique B; on peut assurer la finition de cet anneau suivant divers procédés, par exemple par tournage ou par refoulement å chaud, mais dans tous les cas l'opération est conteuse. Enfin, il est nécessaire pour que la chambre C soit parfaitement étanche, de -faire un rapport de soudure D (figure 1), ce qui augmente encore le prix de revient. Un autre procédé, très répandu, consiste a percer axialement la soupape en partant du champignon (figures 3 et 4). Dans le cas de ce procédé, la chambre A est refermée à l'extrémité B de la tige C. Après avoir rempli la chambre A avec un produit réfrigérant, on la referme par soudage d'une pastille métallique E, dans un siège agence au centre du champignon de la soupape. L'inconvenient majeur de ce procédé tient au fait que la zone de soudage de la pastille E se trouve juste en face de la chambre de combustion du moteur et, par suite, est soumise à des contraintes thermiques élevées. Il est bien certain que cette exposition de la pastille risque de provoquer une détérioration importante de la soudure ou, ce qui est plus grave, de provoquer le décollement de la pastille E. L'invention remédie à ces inconvénients et, en même temps, limite le prix de revient des soupapes évidées à champignon en général et a pour objet un procédé de fabrication caractérisé par le fait que la tige de la soupape est formée en deux pièces assembles mutuellement par soudage. Ce procédé consiste à percer axialement une cavité dans une tige de longueur convenable à partir de son extrémité, à remplir partiellement cette cavité d'un produit réfrigérant, à refermer cette cavité axiale en y insérant une pastille métallique que l'on bloque sous forte pression et enfin à fixer par soudage, à l'extrémité de la cavité, une pièce terme nale, c'est-à-dire une piece destinée à venir au contact d'un culbuteur. L'invention a également pout objet une soupape réalisée par ce procédé. Suivant une première variante, on- peut- supprimer la pastille métallique insérée dans la cavité de la tige et, dans ce cas, on applique directement au sommet de cette tige une pièce rapportée destinée à venir au contact du culbuteur Suivant une seconde variante, on referme la cavité de la tige au moyen d'une pièce rapportée munie d'un téton cylindrique qui pénètre dans cette cavité, cette pièce rapportée étant ensuite rendue solidaire de l'ex- trémité de la tige et étant destinée à venir au contact du culbuteur. D'autres objets et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant, à titre explicatif mais nullement limitatif, des formes préférées de réalistation Sur ces dessins, - les figures 1 à 4 sont des coupes longitudinales de soupapes de type connu, et - les figures 5 à 15 des coupes analogues de soupapes selon l'invention, - Ia figure 5 représente une soupape selon l'invention vue en élévation, - la figure 6 représente cette meme soupape en coupe long i- tudinale, avec une pièce terminale placée au-dessus de l'extrémité de la tige, - les figures 7 et 8, qui correspondent à la figure 6, représentent cette soupape a deux stades de fabrication, - les figures 9 à 11, qui sont respectivement analogues aux figures 6 à 8, représentant une variante de réalisation de la soupape, - la figure 12 représente une seconde variante de la pièce rapportée sur la tige, cette figure étant analogue aux figures 6 et 9, - la figure 13 représente, à plus grande échelle, la partie comportant la pièce rapportée, enfin, - les figures I4 et 15 sont des coupes à des stades terminaux de la soupape des figures 12 et 13. La tige 10 de soupape comporte (figure 6) une cavité 12 remplie partiellement d'un produit réfrigérant 14. Comme on le sait, ce produit réfrigérant ne doit pas remplir complètement la chambre 12, mais au contraire pouvoir s-ty déplacer. Enfin, sur l'extrémité de 1a tige 10, on soude un appendice 18 qui referme hermétiquement la chambre 12 d'un seul tenant avec cette tige. Cet appendice terminal 18 comporte une cavité axiale 20, peu profonde, destinée a assurer les meilleures conditions de soudage sur l'extrémité de la tige. La pastille 16, éventuellement introduite dans la chambre 12 tout de suite après le remplissage de celle-ci avec la produit réfrigérant, a pour raite, d'une part, d'ewpEcher tout risque d'oxydation et de carbonatation du sodium au cours des diverses phases de fabrication de la soupape et, d'autre part, d'empêcher les bavures ou fragments éventuels de la soudure effectuée entre l'appendice termina -1-18 et l'extrémité de la tige 10, de venir au contact du produit réfrigérant 14, ce qui nuirait à- son efficacité. Les figures 7 et 8 représentent les deux derniers stades de fabrication de la soupape. Conformément à la première variante représentée sur la figure 9, la cavité 12 ménagée dans la tige 10 et contenant le réfrigérant 14 n'est pas refermée à sa partie supérieure par une pastille; au contraire, sur l'extrémité de cette tige, ayant la longueur voulue, on applique directement la pièce terminale 18 qui peut comporter une cavité 20, si nécessaire pour assurer les meilleures conditions de fixation de cette pièce 18 sur la tige 10. On peut rendre la pièce terminale 18 solidaire de la tige 10 en appliquant tout procédé connu. En particulier, on peut souder ces deux pièces par arc électrique, frottement, brasage et, éventuellement, les réunir en vissant une partie taraudée de 1--' une dans l'extrémité filetée de l'autre. Les figures 10 et 11 représentent les -deux derniers stades de fabrication de cette soupape. Dans la variante représentée sur les figures 12 à 15, afin d'améliorer encore la technique de fermeture des soupapes évidées, on applique un procédé de fixation de la pièce terminale 22 sur la tige 10, selon lequel I'assemblage des deux pièces est réalisé par soudure à l'arc électrique, avec fil d'apport continu, sous flux et/ou atmosphère appropriée pour la protection de l'arc et du métal en fusion. On peut avantageusement utiliser une installation du type 1,MIG". La figure 12 représente une soupape que l'on a évidée à partir de son extrémité opposée au champignon et dont on a rempli la cavité à l'aide d'un produit réfrigérant 14. Un appendice terminal 22 est représenté dans le prolongement de cette soupape, pret à étire fixé sur la tige 10 avant soudage. Sur la figure 13 qui représente ltextrémité supérieure de la figure 12, l'angle a désigne le demi-angle au sommet de la surface tronconique de l'extrémité de la tige 10, et l'angle B désigne le demi-angle au sommet de la surface tronconique destinée à former la gorge qui recevra la soudure. Les angles a et S peuvent varier considérablement en fonction des matériaux utilisés, des dimensions de la soupape, du mode de soudage et, enfin, des paramètres de fonctionnement. La cote T désigne le jeu radial maintenu entre le téton cylindrique 22a (dont est munie la pièce terminale 22) et la cavité 12 qui est destinée à recevoir ce téton. La cote S désigne l'épaulement de la gorge de soudage 22c ménagée dans la zone de raccordement de la surface cylindrique du téton 22a à la surface conique 22b. La cote R désigne le rayon du fond de la gorge, qui est lui aussi de valeur variable; la cote P désigne La différence, de valeur variable mais toujours réelle, entre les rayons du téton 22a et du fond de la gorge 22c. La présence des paramètres S, R, P est essentielle pour garantir la compénétration, par soudage, des matériaux de base avec le matériau d'apport et pour assurer une bonne continuité métallique entre la tige de soupape et la pièce terminale, sans diminution de la surface de la section transversale de la soupape, dans la zone de raccordement de ces éléments. Sur la figure 14, qui représente la soupape immédiatement après soudage, le cordon 21 de matériau d'apport est représente en coupe. La figure 15 représente la soupape terminée. On peut résumer comme suit les principaux avantages assurés par le procédé de fabrication selon l'invention: - Contrairement aux procédés connus, suivant lesquels le champignon de soupape est percé, le procédé selon l'invention a l'avantage de conserver intact ce champignon. - Contrairement aux procédés connus suivant lesquels la tige de soupape est percée, le procédé selon l'invention dispense d'avoir à déposer un métal de-recouvrement à l'extrémité de la tige et dispense, par conséquent, des opérations de tournage, ce qui constitue une économie impor- tante de métal et de main-d'oeuvre spécialisée. - Selon le procédé de l'invention, et avant de procéder aux différents stades de fabrication, il suffit d'augmenter le diamètre de la tige d'une quantité minimale, tout juste suffisante pour exécuter les opé rations normales de rectification. - Si l'on introduitla pastille 16, la pièce terminale soudée a l'extrémité de la tige 10, peut etre en un matériau susceptible d'etre trempé, par exemple un acier martensitique, en vue de donner a cette zone la dureté voulue. Bien entendu, on peut soumettre la soupape terminée à l'opé- ration connue de stellitage ou autres opérations particulières, en vue de lui donner des caractéristiques bien definies. R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé de fabrication de soupape évidées en particulier pour moteurs à combustion interne, caractérisé en ce que l'on réalise, par estampage, la tige avec une longueur inférieure à celle de la soupape terminée, que l'on perce cette tige d'une cavité axiale que l'on remplit d'un produit réfrigérant convenable et que I'on fixe sur cette tige, par exemple par soudage, un appendice métallique qui réalise la longueur définitive de soupape5 ce procédé permettant d'obténir des soupapes évidées, refroidies et parfaitement hermétiques dans la région du champignon. 2. Procédé-selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on ferme la chambre axiale ménagée dans la partie supérieure de la tige, au moyen d'une pastille métallique enfoncée à force, afin d'empecher que le produit réfrigérant que contient la cavité axiale ne soit exposé aux agents atmosphériques et, de façon générale, à des corps étrangers dans la suite des opérations de fabrication de la soupape. 3. Soupape évidée pour moteurs à combustion interne réalisée par mise en oeuvre du procédé de la revendication 1 ou 2. 4. Soupape selon la revendication 3, caractérisée en ce que sa tige a un diamètre qui permet d'effectuer des opérations normales de rectification sans nécessiter d'usinage préalable. 5. Soupape selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que sa tige est formée de deux parties réunies coaxialement l'une à l'autre, dans la zone terminale de cette tige ou dans la zone la moins soumise à des contraintes thermiques. 6. Soupape selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que la pièce rapportée est percée d'une cavité axiale borgne, tournée vers la chambre ménagée dans la tige. 7. Soupape selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que l'appendice rapporté comporte un téton cylindrique d'un diamètre inférieur à celui de la chambre dans laquelle il est encastré. 8. Soupape selon l'une quelconque des revendications 3,4 et 7, caractérisée en ce que la surface de l'extrémité de sa tige est tronconique, avec un demi-angle a de sommet du cône dont la valeur qui dépend des caractéristiques de la soupape, ce cône étant coaxial de la soupape. 9. Soupape selon la revendication 7, caractérisée en ce que la pièce cylindrique d'apport munie d'un téton de diamètre inférieur à celui de la chambre, présente une partie tronconique dont la conicité est opposée à celle de l'extrémité tronconique de la tige et par le fait qu'entre cette surface conique et le téton est ménagée une gorge périphérique. 10. Soupape selon la revendication 7 8 ou 9, caractérisée en-ce que le téton de la pièce rapportée est logé dans la cavité axiale de la tige, avec un jeu radial dont la valeur dépend des caractéristiques de la soupape. 11. Soupape selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisée en ce que sa structure détermine la valeur des paramètres suivants: - a > angle au sommet de la surface conique de l'extrémité de la tige; - B, angle au sommet de la surface conique de la pièce rapportée, - S, l'épaulement de la gorge de soudage, - R > rayon du fond de la gorge, - T, jeu radial entre le téton de la pièce rapportée et la chambre de la tige, - P, demi-différence entre le diamètre du fond de la gorge et le diamètre du fond de la gorge et le diamètre du téton de la pièce rapportée.