Brevet FR2533966A1 — publié le 19840406

L'invention concerne les poussoirs destinés à des moteurs à combustion interne, et plus particu- lièrement un disque en oxyde de zirconium, fixé par un adhésif à l'extrémité fermée du corps du poussoir pour former la face de came du poussoir. L'invention concerne en particulier des perfectionnements apportés à la liaison ou fixation par adhésif d'un disque d'oxyde de zirconium sur un corps de poussoir de moteur à combustion interne. L'invention a donc pour objet principal un moyen de fixation par adhésif d'un disque de face de came en oxyde de zirconium sur l'extrémité fermée d'un corps de poussoir. L'invention a également pour objet un poussoir du type décrit, dont l'extrémité fermée du corps pré- sente un évidement à l'intérieur duquel est disposé le- disque en oxyde de zirconium, ce disque étant fixé à l'extrémité fermée du corps du poussoir par un adhésif ayant les caractéristiques d'un époxy. L'invention a également pour objet un poussoir du type décrit, dans lequel l'adhésif de fixation rem- plit la totalité de l'espace compris entre le disque d'oxyde de zirconium et l'évidement le contenant. L'invention a pour autre objet un poussoir du type décrit, comportant un moyen perfectionné pour posi- tionner le disque de zirconium et empêcher tout mouve- ment de cisaillement entre ce disque et l'extrémité fermée du corps du poussoir. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lequel: la figure 1 est une coupe axiale d'un pous- soir hydraulique présentant la face de came perfec- tionnée selon l'invention et les moyens la fixant au corps du poussoir; la figure 2 est une coupe axiale partielle à échelle agrandie d'une partie du corps du poussoir et du disque de la face de came, montrant des détails de réalisation; la figure 3 est une coupe axiale partielle analogue à celle de la figure 1, mais montrant une partie d'une forme différente du corps du poussoir; la figure 4 est une coupe axiale partielle montrant une forme modifiée du rebord utilisé pour retenir le disque d'oxyde de zirconium sur le corps du poussoir; la figure 5 est une coupe axiale partielle d'une autre forme modifiée du rebord utilisé pour rete- nir le disque d'oxyde de zirconium sur le corps du poussoir; la figure 6 est une coupe axiale à échelle agrandie d'une variante du corps du poussoir comprenant notamment un élément rapporté formant l'extrémité fer- mée du corps du poussoir; la figure 7 est une coupe axiale d'une autre variante du corps du poussoir utilisant un élé- ment rapporté pour constituer l'extrémité fermée de ce corps; et la figure 8 est une coupe axiale partielle - à échelle agrandie d'un détail de l'élément rapporté montré sur la figure 7. Les constructeurs d'automobiles et de moteurs ont orienté leurs efforts de recherche et de développe- ment vers des moteurs plus puissants et d'un meilleur rendement, sans cependant que cela nécessite un accrois- sement de dimension ou de poids Ces exigences de concep- tion imposent nécessairement de plus grandes contrain- tes aux pièces de la culbuterie En particulier dans le cas de moteurs diesel qui sont, de par leur nature, sales en raison des émissions qu'ils produisent, les réglementations gouvernementales ont imposé une limi- tation Rortante aux émissions de ces moteurs. Pour mieux contrôler les émissions des moteurs diesel, il est nécessaire de changer le profil des cames afin d'établir des cycles différents de commande des soupa- pes Ceci accroit de nouveau les contraintes imposées aux éléments de la culbuterie et en particulier aux faces de came des poussoirs mécaniques ou hydrauli- ques associés. Le résultat de l'orientation de la conception des moteurs à combustion interne, telle qu'indiquée ci-dessus, qui a eu pour résultat de plus grandes contraintes et une plus grande usure des faces de came des poussoirs hydrauliques et mécaniques, est que les matières classiques utilisées pour les faces de came de ces poussoirs ne présentent plus les caractéristi- ques satisfaisantes et nécessaires d'usure et de contrainte Par conséquent, on a mis l'accent sur l'utilisation de matières-nouvelles et améliorées pour les faces de came des poussoirs hydrauliques et mécani- ques, lesquelles matières sont suffisamment résistan- tes à l'usure et aux contraintes pour les moteurs du type décrit. Il est apparu une tendance à l'utilisation de poussoirs ayant une surface d'usure en carbure de tungstène Ce type de matière ne donne cependant pas totalement satisfaction, principalement en raison du fait que le mince élément d'usure en carbure de tungstène, qui est fixé à une extrémité du corps du poussoir, est sujet aux fractures en raison-de sa fragilité et, si une partie quelconque du carbure de tungstène se détache du poussoir, cette partie, qui constitue en fait une arête ou un-élément coupant, risque de se perdre alors dans le moteur,ce qui, comme la pratique l'a montré, peut entraîner la destruction du moteur Un autre inconvénient des surfaces d'usure -35 en carbure de tungstène pour poussoirs est que ces surfaces d'usure, bien qu'étant compatibles avec l'acier, ne sont pas toujours compatibles avec la fonte qui est la matière la plus classique utilisée pour la fabrication des arbres à cames. L'invention utilise de l'oxyde de zirconium, communément appelé zircone et qui est essentiellement du zirconium contenant de petites quantités d'oxyde de magnésium Ce produit est conçu spécialement en tant que zircone partiellement stabilisée et il est d'un type tel que produit par la firme Nilsen Sintered Products, faisant partie de la firme Nilsen Group of Australia Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n' 4 279 655 décrit un exemple d'une telle matière. Des matières telles que du carbure de tungs- tène et de la zircone ou de l'oxyde de zirconium, qui est considéré comme une céramique, sont, de par leur nature, des matières cassantes Ceci est l'une des raisons pour lesquelles le carbure de tungstène n'a pas donné satisfaction Cependant, on a déterminé que la zircone n'est pas aussi cassante que le carbure de tungstène et qu'elle constitue une matière satisfaisante pour l'usage décrit, même lorsqu'elle est réalisée sous la forme d'une rondelle ou d'un disque Les propriétés de résistance à l'usure et aux contraintes de la zircone sont si avantageuses qu'il est apparu haute- ment satisfaisant d'utiliser cette matière comme face de came sur des poussoirs mécaniques et hydrauliques. Il est apparu que la zircone avait de meilleures caractéristiques de résistance à l'usure que la plupart des poussoirs à face de came en acier trempé, affinéset sophistiqués,par exemple le poussoir décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 4 153 017. En outre, il est apparu que la zircone présentait d'excellentes caractéristiques de résistance à l'usure et aux contraintes par rapport au carbure de tungstène. La zircone présente plusieurs avantages qui s lui sont très spécifiques Elle est compatible avec à la fois des arbres à cames en fonte et en acier, ce qui est une caractéristique inhabituelle, car normalement, une matière n'est compatible qu'avec la fonte ou l'acier Par conséquent, la zircone peut être large- ment utilisée comme face de came de poussoir et elle peut être utilisée avec des arbres à cames en fonte ou en acier, encore que les arbres à cames en fonte équi- pent plus classiquement les moteurs à combustion interne L'usure de la face de came en zircone et d'un arbre à cames en fonte s'est avérée sensiblement la même, ce qui est un avantage particulier dans le cas d'éléments de culbuterie En outre, la zircone possède essentiellement le même coefficient de dilatation et le même module d'élasticité que l'acier, qui est la matière utilisée classiquement pour former le corps du poussoir Par conséquent, aucune dilatation ni contrac- tion différentielle n'apparaît entre la face de came et le corps du poussoir en acier en cours de fonctionne- ment. Bien que le corps du poussoir tel que décrit dans le présent mémoire soit en acier, l'invention peut également s'appliquer à des corps de poussoirs consti- tués d'autres matières, par exemple diverses matières plastiques qui commencent à être utilisées pour la réalisation de divers éléments de moteurs à combustion interne. Le disque de zircone décrit dans le présent mémoire présente de préférence une épaisseur minimale de l'ordre de 2,3 mm Cette épaisseur permet au'pous- soir de fonctionner de façon satisfaisante dans les conditions décrites ci-dessus du moteur et de suppor- ter de façon satisfaisante la compression et la pres- sion appliquées par la came pendant le fonctionnement normal d'un moteur Un élément ou disque rapporté en zircone tel que décrit dans le présent mémoire a pour propriété propre de tendre à durcir de lui-même lors- que des fractures de contrainte se propagent à tra- vers lui Dans la plage d'épaisseur indiquée, les fractures de contrainte ne se propagent pas totalement à travers le disque de zircone et, par conséquent, une épaisseur minimale de l'ordre de 2,3 mm est nécessaire. Si l'épaisseur du disque de zircone est sensiblement plus grande, des facteurs économiques tendent à atté- nuer les avantages associés à l'utilisation de la zircone. Le disque de zircone est lié ou fixé par un adhésif à l'extrémité fermée du corps du poussoir. L'adhésif présente de préférence les caractéristiques d'un époxyde et la même viscosité que celle d'une pâte dentifrice normale De telles époxydes sont des polymères organiques extrêmement résistants à la dégra- dation due aux milieux d'un moteur Bien que plusieurs époxydes différents se soient avérés satisfaisants, une matière produite par la firme H B Fuller Company, désignée "FE-185 " et appelée "Resi-Weld" s'est avérée très satisfaisante. La manière dont l'adhésif est utilisé est importante La matière de liaison doit recouvrir complètement la totalité des surfaces de l'évidement du poussoir ainsi que les surfaces opposées du disque de zircone L'adhésif ne doit présenter aucun vide et la pellicule de matière de liaison doit réaliser un recouvrement complet de même étendue que les surfaces à lier L'épaisseur de l'adhésif est importante et une plage d'épaisseur comprise entre 12,5 et 38 pm s'est avérée satisfaisante Une épaisseur inférieure à 12,5 pm ne donne pas une résistance suffisante pour retenir le disque dans l'évidement Lorsque des époxy- des du type décrit durcissent, un gaz se dégage et il doit s'échapper pour qu'une liaison complète et satisfaisante soit formée entre les pièces C'est la raison pour laquelle une pression est normalement appliquée au disque de céramique pendant l'opératiqn de liaison, laquelle pression oblige le gaz dégagé à s'échapper pendant le temps de durcissement. La figure 1 représente un poussoir hydrauli- que classique, par exemple du type décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 683 876 Ce brevet indique un corps en métal en poudre et le - corps du poussoir selon l'invention peut être en acier ou, le cas échéant, en matière plastique comme indiqué précédemment Quelle que soit la matière formant le corps du poussoir, la-réalisation d'ensemble est la même Le corps de poussoir est indiqué en 10 et un plongeur creux 12 est monté de façon à pouvoir exécu- ter un mouvement alternatif à l'intérieur du corps. Un bouchon 14 de plongeur peut fermer une extrémité du plongeur et un clapet 16 ferme l'extrémité opposée. Un petit ressort 18, maintenu par un élément 20 de retenue, repousse le clapet 16 contre le siège complé- mentaire présenté par le plongeur Un ressort héli- coidal 22 de plus grande dimension est monté de façon à réagir en opposition au plongeur et au corps du poussoir, de manière classique Un canal 24 d'écoule- ment d'huile débouche dans la chambre définie par le plongeur et un clapet 26 de dosage peut obturer un petit orifice ou passage 28 ménagé dans le bouchon 14 du plongeur. Un évidement 30 est formé dans l'extrémité du corps 10 et un disque 32 de zircone tel que décrit est logé dans cet évidement Ce dernier est défini - par une surface extrême 34 du corps 10 du poussoir et par un rebord annulaire 36 orienté vers le haut Une gorge annulaire peu profonde 38 est adjacente à la jonction entre le rebord 36 et la surface 34 Dans- l'opération de pose du disque de zircone, l'adhésif est étalé sur la totalité de-l'évidement afin d'en recouvrir toutes les surfaces apparentes La gorge ou cavité 38 assume la fonction d'un réservoir retenant une certaine quantité de matière de liaison Le disque de zircone est placé dans l'évidement et il est soumis à une pression destinée à expulser le gaz formé pen- dant le durcissement, comme décrit précédemment, et à assurer la formation d'une pellicule d'adhésif d'épaisseur convenable entre les deux pièces La pellicule d'époxyde est indiquée en 40 sur la figure 2. Comme représenté en particulier sur les figures 1 et 2, la surface extrême 36 a du rebord 36 est située en retrait de la surface extérieure 32 a du disque 32 de zircone La surface extérieure 32 a est tout à fait plate Etant donné que la surface 36 a du rebord se trouve au-dessous ou en retrait de la surface 32 a du disque, il n'existe aucun risque d'entrée en contact de la came ou de l'arbre à cames du moteur avec une autre partie que la face du disque de zircone. Une gorge ou un évidement peu profond 42, formé au centre de la surface 34 du corps 10 du plon- geur, essentiellement par une pointe de foret, assure que la surface supportant le disque de zircone est plate et ne présente pas de bavures métalliques dépassant vers-le haut ou vers l'extérieur La gorge 42 doit être peu profonde afin de ne pas affaiblir le soutien sous- jacent du centre du disque de zircone. La figure 3 représente un poussoir connu sous le nom de poussoir champignon, dans lequel un disque 44 de zircone est disposé dans un évidement 46 formé dans l'extrémité élargie du corps 48 de ce poussoir Hormis la forme du corps, la réalisation de la face de came du poussoir de la figure 3 est la même que celle du poussoir montré sur les figures 1 et 2. La figure 4 illustre une variante du poussoir du type champignon, la différence entre les formes de réalisation des figures 3 et 4 résidant dans la nature du rebord délimitant l'évidement pour le disque. Dans la forme de réalisation de la figure 3, le rebord est réalisé d'une seule pièce avec le corps du pous- soir, comme c'est le cas de la structure montrée sur les figures 1 et 2 Sur la figure 4, le rebord de l'évidement destiné au disque est formé par un man- chon 50 qui est configuré afin d'épouser la forme de la tête élargie du corps du poussoir et qui dépasse sur une certaine distance de l'extrémité du corps du poussoir pour définir et former le même type d'évidement que décrit précédemment Le manchon 50, qui peut être cons- titué d'un métal convenable, peut-être brasé, soudé ou autrement fixé à la tête du corps du poussoir - La forme de réalisation du poussoir de la figure 5 est similaire à celle montrée sur les figures 1 et 2; cependant, dans ce cas, le corps 52 du pous- soir comporte un épaulement annulaire 54 sur lequel porte un manchon métallique 56 Ce dernier et la sur- face extrême du corps 52 du poussoir forment ensemble un évidement analogue à celui montré sur les figures 1 et 2 Comme précédemment, le manchon peut être soudé, brasé ou autrement fixé de façon convenable à l'extré- mité du corps du poussoir. Dans la forme de réalisation de la figure 6, le corps du poussoir, indiqué en 58, ne présente pas une extrémité fermée identique à celle des formes de réalisation des figures 1 à 5, mais, par contre, l'extrémité fermée est constituée par un élément rapporté 60 dont une partie 62 pénètre à l'intérieur du corps du poussoir et dont un épaulement annulaire 64 repose sur l'extrémité du corps L'élément apporté peut présenter un évidement 66 et un rebord associé, comme illustré sur les figures 1 à 3, et un disque 68 de zircone est collé dans cet évidement de la manière décrite La différence principale entre la forme de - réalisation de la figure 6 et celles décrites précédemment réside dans l'utilisation d'un élément rapporté plutôt que d'une paroi réalisée d'une seule pièce avec le corps du poussoir pour fermer l'extré- mité de ce dernier. Dans la forme de réalisation montrée sur les figures 7 et 8, le corps du poussoir, indiqué en 70, présente également une extrémité ouverte qui est fer- mée par un élément rapporté 72 Dans ce cas, l'élé- ment rapporté diffère légèrement de celui de la figure 6 par le fait qu'il peut être lui-même fixé par un adhésif à base d'époxyde au corps Dans la forme de réalisation des figures 7 et 8, comme montré en parti- culier sur la figure 8, la partie de la paroi exté- rieure de l'élément rapporté 72 pénétrant dans le corps présente plusieurs gorges annulaires et des crans cons- titués par des saillies intermédiaires adjacentes, ces crans étant indiqués en 74 et leurs surfaces ayant un diamètre extérieur légèrement plus grand que le diamètre intérieur de l'alésage du corps du poussoir Par consé- quent, lorsque l'élément rapporté est introduit à force dans l'alésage du corps du poussoir, il peut se produire un léger écrasement ou un formage à froid du métal dans les parties adjacentes constituées par les gorges et les crans, de sorte que l'opération d'assem- blage a pour effet de loger et de fixer fermement l'élément rapporté dans le corps du poussoir L'évide- ment destiné au disque de zircone et la fixation de ce disque sont identiques à ce qui a été décrit précé- demment. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au poussoir décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVEND I CATIONS 1 Poussoir pour moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comporte un corps ( 10) présen- tant, à une extrémité, une face de came disposée de façon à être en contact avec un arbreà cames tournant, le corps du poussoir présentant une extrémité fermée, un disque ( 32), constitué essentiellement d'oxyde de zirconium, étant lié par un adhésif sur l'extrémité fermée du corps du poussoir et formant la face de came de ce poussoir. 2 Poussoir selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il comporte un élément ( 36) destiné à positionner le disque sur l'extrémité fermée du corps du poussoir et à empêcher tout mouvement relatif de cisaillement entre cette extrémité et le disque. 3 Poussoir selon la revendication 2, carac- térisé en ce que l'élément de positionnement, empê- chant également les mouvements de cisaillement, comprend un rebord périphérique ( 36) faisant saillie vers l'exté- rieur du corps du poussoir et délimitant un évidement ( 34) avec l'extrémité fermée du corps du poussoir, le disque étant logé dans cet évidement et entouré étroite- ment par le rebord. 4 Poussoir selon la revendication 3, carac- térisé en ce que le rebord est réalisé d'une seule pièce avec le corps du poussoir. Poussoir selon la revendication 3, carac- térisé en ce que le rebord est formé d'un manchon ( 50 ou 56) fixé sur le corps ( 48 ou 52) du poussoir. 6 Poussoir selon la revendication 3, carac- térisé en ce que le corps ( 58) du poussoir se pré- sente sous la forme d'un cylindre dont l'extrémité fermée est constituée d'un élément rapporté ( 6-0) avec lequel le rebord est-réalisé d'une seule pièce. 7 Poussoir selon la revendication 6, carac- térisé en ce que l'élément rapporté ( 72) est emmanché à force dans le corps ( 70) du poussoir, une partie extérieure de l'élément rapporté comportant des zones annulaires adjacentes ( 74) de diamètre variable, en contact avec l'intérieur du cylindre formé par le corps du poussoir. 8 Poussoir selon la revendication 3, carac- térisé en ce qu'il présente une gorge peu profonde ( 42) située à l'intérieur de l'évidement, à peu près en son centre. 9 Poussoir selon la revendication 3, carac- térisé en ce que le disque est fixé à l'intérieur de l'évidement par un adhésif ayant les caractéristiques d'un époxyde, cet adhésif formant une mince pellicule ( 40) qui recouvre totalement le côté et le fond de l'évidement. Poussoir selon la revendication 9, carac- térisé en ce que la pellicule d'adhésif présente une épaisseur de l'ordre de 12,5 à 38 pm et s'étend totale- ment sur et entre toutes les surfaces opposées du disque et de l'évidement, 11 Poussoir selon la revendication 3, carac- térisé en ce qu'au moins une partie du disque fait saillie vers l'extérieur au-delà du rebord. 12 Poussoir selon la revendication 11, carac- térisé en ce que le disque présente une surface exté- rieure sensiblement sphérique. 13 Poussoir selon la revendication 11, carac- térisé en ce que la surface extérieure ( 32 a) du disque est essentiellement plate et est disposée à l'exté- rieur du rebord. 14 Poussoir selon la revendication 3, carac- térisé en ce qu'il présente une gorge annulaire ( 38) formée à l'intérieur de l'évidement, à la jonction entre l'extrémité ferméé du corps du poussoir et du rebord, cette gorge constituant un réservoir pour l'adhésif reliant le disque au corps du poussoir. Poussoir selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le disque d'oxyde de zirconium pré- sente une épaisseur minimale de l'ordre de 2,3 mm. 16 Poussoir selon la revendication 1, carac- térisé en ce que son corps est métallique.