Brevet FR2319011A1 — publié le 19770218

La présente invention concerne un système de refroidissement pour refroidir une soupape d'échappement de moteur à combustion interne, notamment de moteur diésel suralimenté, une telle soupape comprenant une tige de soupape, une te te et un siège coopérant avec la tette au moyen d'une surface d'étanchéité intermédiaire.Ce système de refroidissement fonctionne avec de l'air de refroidissement qui est fourni à un conduit d'alimentation qui s'étend au moins partiellement dans la tige de soupape, et communique avec une cavité ménagée dans le corps de la tete de soupape, tandis que des orifices de sortie qui traversent le corps de la tete de soupape sont pratiqués dans la zone comprise entre le siège et la tige de soupape pour l'échappement de l'air de refroidissement hors de la cavité vers la tubulure de sortie des gaz d'échappement à l'intérieur du corps de soupape. Dans les moteurs à combustion interne modernes, et notamment dans les moteurs diésel suralimentés, les soupapes d'échappement sont soumises à un effort thermique si intense que le refroidissement par les procédés classiques pour maintenir la durée de service et la sureté de fonctionnement des soupapes soulève des problèmes. Pour tenter de résoudre ces problèmes, on a essayé d'utiliser une soupape d'échappement à laquelle un dispositif tournant disposé sur la tige de soupape imprime un mouvement de rotation autour de son axe central au moment de l'ouverture et de la fermeture de la soupape, et qui comporte un siège de soupape plus ou moins refroidi à l'eau. Toutefois, quand on utilise ce type de soupapes, il arrive souvent que la durée de service et la sûreté de fonctionnement de la soupape laissent à désirer, notamment dans les conditions de fonctionnement les plus dures, par exemple lorsqu'on emploie une huile lourde qui contient plus de 100 à 150 parties par million de vanadium comme fluide moteur, ce qui provoque une corrosion aux températures élevées. On a essayé de résoudre cet inconvénient, soit en augmentant le croisement entre la soupape d'échappement et la soupape d'admission afin d'éméliorer le refroidissement de la soupape d'échappement grâce à l'air de balayage, soit en utilisant des soupapes d'échappement à refroidis sement par eau au moyen de conduits ménagés dans la tige de soupape et allant vers la tette de soupape.Le procédé qui consiste à refroidir les soupapes d'échappement avec l'air de balayage est onéreux. Le procédé de refroidissement par eau entrante plusieurs inconvénients et problèmes différents à savoir complication de la structure, risques de fuites d'eau, corrosion, durée de service et sécurité de fonctionnement non satisfaisantes qui en résultent. Un inconvénient de l'utilisation des soupapes refroidies à l'eau provient de l'agencement spécial nécessaire à l'arrivée et à l'évacuation de l'eau de refroidissement du fait que la tige de soupape tourne sous l'action du dispositif de rotation, ce qui augmente le prix de revient de la soupape et rend l'étanchéité difficile. Un autre problème concerne le conduit de refroidissement de la tige de soupape qui peut, comme l'expérience le prouve, se séparer de la tette de soupape, laquelle est détruite par cessation du refroidissement. En outre, quand on refroidit à l'eau une soupape d'échappement, il se produit rapidement sur la surface de la tige une corrosion à basse température qui est nuisible à la durée de service de la soupape.Un problème et une complication supplémentaires des soupapes refroidies à l'eau proviennent de la difficulté à établir un refroidissement symétrique de la tête de soupape et du siège de soupape pour éviter dans ces éléments l'apparition d'efforts thermiques provoquant des déformations et un risque de destruction de la soupape. L'invention a pour but d'éliminer les inconvénients et de résoudre les problèmes précités. La présente invention permet d'obtenir au moyen d'une structure simple, store et à bon marché, une diminution sensible de la température au niveau de la tête de soupape ainsi que du siège de soupape, en produisant un refroidissement symétrique orienté de façon appropriée, qui assure à la soupape un fonctionnement sûr et une longue durée de service sans risque de destruction, de fuites ou de corrosion. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détailléequi va suivre et à l'examen du dessin annexé qui représente, à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation de l'invention. Le dessin annexé est une vue en coupe longitudinale d'un mode de réalisation d'une soupape d'échappement équipée d'un système de refroidissement suivant l'invention. Comme représenté sur le dessin, la soupape d'échappement est logée dans une culasse I et comporte une tige centrale 2. La tige 2 est guidée dans son déplacement longitudinal et en rotation autour de son axe longitudinal par un corps de soupape 3 muni de fourreaux 4. La tige de soupape se termine par une tête en forme de disque 5 qui est symétrique par rapport à l'axe de la tige et par rapport à son propre axe central. La tête présente une surface d'obturation 6, de préférence en stellite, qui, lorsque la soupape est en position fermée, obture l'ouverture de la soupape en venant s'appliquer contre la surface d'obturation 7, également de préférence en stellite, d'un siège de soupape 8 disposé sur le pourtour intérieur de l'ouverture de la soupape. Le déplacement longitudinal de la tige 2 pour ouvrir et fermer la soupape est connu en soi et assuré par un bras de culbuteur 10. Le mouvement de rotation de la tige de soupape 2 et donc de la tete 5 est obtenu pendant le déplacement longitudinal par un dispositif de rotation, connu en soi, qui comprend une roue à rochet. Lemaxvement d'ouverture de la soupape s'effectue à l'en- contre de l'action d'un ressort 9.Les gaz d'échappement qui pénètrent entre les surfaces d'obturation 6 et 7 sont évacués entre des piliers 12 vers un système collecteur de gaz d'échappement, Comme illustré par la flèche A, de l'air sous pression provenant d'une source d'air appropriée telle que le système d'air de refroidissement d'un moteur, est admis par un passage 13 dans le corps 3 de la soupape selon l'invention, puis par un passage central 14 dans la tige de soupape 2 et par un autre passage central 15 dans une cavité 16 ménagée à l'intérieur de la tette de soupape 5. Cette cavité s'étend transversalement vers l'extérieur par rapport à l'axe central de la tête, en direction de la surface d'obturation 6 de la t8te, et elle est de préférence symétrique par rapport à cet axe central. L'air de refroidissement admis dans la cavité 16 se répand dans la cavité, comme illustré par la flèche B et il s'en échappe par de petits orifices traversants 17 qui sont pratiqués dans le corps de la tête de soupape entre la surface d'obturation 6 et 1a -tige de soupape 2 et sont orientés inclinés vers l'extérieur en direction du siège de soupape 8. Dans le mode de réalisation représenté, le siège de soupape 8 est avantageusement refroidi lui aussiar de l'air comprimé.Comme illustré par la flèche C, cet air comprimé est admis dans la culasse par un passage 18 et par un passage 19 jusqu'à une cavité 20 ménagée tout autour du siège de soupape. Comme illustré par la flèche D, l'air de refroidissement s'échappe de la cavité 20 par des orifices 21 dans l'espace 22 qui est défini au-dessus des surfaces d'obturation 6 et 7 entre le siège et la tete de la soupape. L'air de refroidissement qui s'échappe par les orifices 17 et 21 dans l'espace 22 est évacué de façon très simple et sans agencement spécial avec les gaz d'échappement vers le système collecteur de gaz d'échappement. Grâce au refroidissement par air décrit et représenté, la te te de soupape est refroidie uniformément, ce qui présente entre autres, l'avantage d'éviter les efforts thermiques et de maintenir à la surface d'obturation un profil régulier. On peut faire varier le nombre des orifices 17, leur position et leur répartition ainsi que le débit de l'air, en fonction du refroidissement qu'on souhaite obtenir. Des orifices espacés, de préférence équidistants autour de la te te de soupape peuvent etre remplacés par une ou plusieurs fentes étroites. I1 en va de meme pour le siège de soupape. L'agencement de ces orifices ou fentes dans un système de refroidissement suivant l'invention permet en outre de diriger l'air de refroidissement sur les surfaces chaudes de la tete et du siège de soupape.De plus, ce système peut etre combiné de façon simple et sans agencement spécial avec le dispositif qui fait tourner la tige et la tete de soupape. Comme illustré par le dessin, un refroidissement par eau est prévu dans la partie de la tige de soupape qui est logée dans le corps de soupape 3 à une certaine distance au-dessus de la tete 5. Comme illustré par la flèche E, l'eau de refroidissement est admise dans un évidement 23 du corps de soupape qui entoure la tige. Ce refroidissement par eau ne provoque aucune corrosion à basse température comme c'est généralement le cas pour la surface de la tige de soupape dans les soupapes d'échappement refroidies par eau. I1 ressort de ce qui précède que le refroidissement par air suivant l'invention offre plusieurs avantages essentiels que les systèmes de refroidissement classiques pour soupapes d'échappement ne permettent pas d'obtenir. Ce système de refroidissement permet en outre d'éviter de nombreux problèmes, notamment les problèmes de fuites et de corrosion. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter pour cela du cadre de l'invention. C'est ainsi que l'air de refroidissement peut etre introduit par un passage qui traverse la tige de soupape sur toute sa longueur et s'étend jusqu'au culbuteur. Dans une autre variante, l'air de refroidissement pour la tete et le siège de soupape peut etre introduit par un passage commun ménagé dans le corps de soupape 3, tel que le passage 13, l'air pour le siège de soupape passant du passage commun dans un autre passage ménagé dans le corps de soupape, puis dans un passage ménagé dans le siège de soupape. En outre, les orifices 17 et 21 peuvent être munis de buses ou etre en forme de buses ou autres passages restreints pour augmenter l'effet de refroidissement par changement isentropique d'état. REVENDICATIONS. 1. Système de refroidissement pour soupape d'échappement de moteur à combustion interne, notamment de moteur diésel suralimenté, ladite soupape comprenant une tige, une tete et un siège de soupape, ce dernier coopérant avec la te te au moyen d'une surface d'étanchéité intermédiaire ledit système de refroidissement fonctionnant avec de l'air de refroidissement qui est admis dans un passage d'admission qui s'étend au moins en partie dans la tige de soupape, ledit passage d'admission communiquant avec une cavité ménagée dans le corps de la te te de soupape, des orifices de sortie traversant étant pratiqués dans la zone de la te te comprise entre le siège de soupape et la tige de soupape pour l'évacuation de l'air de refroidissement vers le passage pour les gaz d'échappement dans la soupape.Ledit système étant caractérisé en ce que le passage d'admission (14) de la tige de soupape (2) est relié à une source d'air sous pression qui fournit de façon continue de l'air sous pression au système de refroidissement ; en ce que la communication entre ledit passage d'admission (14) est la cavité (16) de la tete de soupape ne comporte aucune restriction ; en ce que la cavité (16), perpendiculairement au sens d'admission de l'air, forme un espace continu dont la section va en diminuant vers l'extérieur en direction de la surface d'étanchéité (6,7) entre la tete (5) et le siège (8) de soupape , e en ce que les orifices de sortie (17) pour l'échappement de l'air sous pression hors de la cavité (16) sont inclinés vers l'extérieur par rapport à l'axe de la tige de soupape, en direction du siège de soupape (8). 2. Système de refroidissement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les orifices de sortie précités sont constitués par un nombre prédéterminé de trous (17) répartis autour de la tete de soupape (5). 3. Système de refroidissement suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les trous (17) sont munis de buses ou sont en forme de buse. 4. Système de refroidissement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le siège de soupape (8) comporte une cavité (20) qui est reliée à la source d'air comprimé qui fournit de l'air de refroidissement à ladite cavité, et en ce que des orifices de sortie (21) qui traversent le'corps du siège de soupape (8) en direction de la tête de soupape (5) sont ménagés pour l'échappement du fluide de refroidissement hors de ladite cavité (20). 5. Système de refroidissement suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les orifices de sortie traversants précités sont constitués par un nombre prédéterminé de trous (21) répartis autour du'siège de soupape. 6. Système de refro:dissement suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les trous (21) sont pourvus de buses ou sont en forme de buse. 7. Système de refroidissement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte des organes (11) pour faire tourner la tete de soupape (5) et donc les orifices de sortie (17) de la tête de soupape lors de l'ouverture et de la fermeture de la soupape. 8. Système de refroidissement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les orifices de sortie (17, 21, respectivement) de la tete (5) et du siège de soupape (8) débouchent dans le meme espace (22) que celui par lequel s'échappent les gaz d'échappement lors de l'ouverture de la soupape. 9. Moteur à combustion interne1 notamment moteur Diésel suralimenté, équipé d'un système de refroidissement des soupapes d'échappement selon l'une quelconque des revendications l à 8.