Brevet FR2540555A1 — publié le 19840810

La présente invention concerne des sièges rap portés de soupape, des moteurs à combustion interne re- froidis par eau et comprenant de tels siègesde soupape, ainsi que des procédés de fabrication de tels moteurs. Un siège rapporté de soupape de type connu, ainsi que sa disposition dans un moteur à combustion in- terne à refroidissement par eau, sont représentés sur la figure 1 des dessins annexés qui est une coupe schématique passant par une lumière d'échappement d'un moteur-à com- bustion interne Le moteur à combustion interne à refroi- dissement par eau comporte au moins un cylindre 10 et une lumière 11 d'échappement commandée par une soupape et com- muniquant avec le cylindre 10 La lumière 11 d'échappement est formée par une paroi d'une pièce moulée 12 qui est ha- bituellement formée d'un alliage d'aluminium ou de fonte. Une surface externe 13 de la pièce moulée délimite une partie de la chambre 10 de combustion et forme aussi les parois de la lumière 11 d'échappement Une surface interne 14 de la pièce moulée 12 délimite une partie du circuit de refroi- dissement par eau du moteur afin que de l'eau 15 puisse circuler autour du cylindre 10 et de la lumière d'échap- pement 11. La pièce moulée est formée afin qu'elle possède une feuillure annulaire 16 autour de l'extrémité de la lu- mière 11 d'échappement, et un siège annulaire rapporté 17 de soupape est logé dans la feuillure Ce siège rapporté 17 est formé d'un matériau qui peut mieux supporter les températures et les chocs rencontrés en présence des gaz chauds d'échappement lorsqu'ils s'écoulent par la lumière que la fonte ou l'alliage d'aluminium de la pièce moulée 12. Le siège rapporté 17 a la surface annulaire chanfreinée habituelle 18 formant siège destinée à être au contact d'une tête de soupape. Etant donné les températures élevées rencontrées dans la chambre de combustion 10 et dans les gaz d'échap- pement circulant dans la lumière d'échappement 11, la tête et le siège de la soupape atteignent des températures éle- vées Par exemple, la surface 19 du siège rapporté 17 tour- née vers le cylindre 10 peut atteindre une température d'en- viron 4000 c, et la surface 18 de contact avec la soupape peut atteindre une température d'environ 4800 C Des tempé- ratures élevées correspondantes sont atteintes dans la sou- pape elle-même, le bord de la tête de la soupape atteignant par exemple 550 C environ alors que le centre de la tête at- teint une valeur qui peut atteindre 8000 C environ Ces ca- ractéristiques présentent un certain nombre d'inconvénients. Il faut que la soupape soit formée d'alliagescoûteux, tels que des alliages contenant du cobalt, surtout lorsque le mo- teur est un moteur à essence de puissance spécifique éle- vée ou un moteur diesel suralimenté, dans lesquels les tem- pératures rencontrées sont particulièrement élevées La soupape peut aussi griller, et le siège 17 de soupape peut finalement tomber de la feuillure 16 En outre, la tête et le siège rapporté de soupape peuvent former un "point chaud", provoquant une détonation et un pré-allumage dans un moteur à essence. Dans un premier aspect, l'invention concerne un moteur a combustion interne refroidi par circulation d'eau, comportant au moins un cylindre ainsi que des lumièresd'ad- mission et d'échappement commandées par des soupapes et communiquant avec le cylindre, l'une au moins des lumières ayant un siège annulaire rapporté de soupape logé dans une feuillure annulaire, le siège rapporté ayant un passage for- mé autour de lui et débouchant du côté de la feuillure, celle-ci communiquant avec le circuit de refroidissement par eau du moteur afin que l'eau puisse circuler vers le pas- sage, dans celui-ci et hors de celui-ci et puisse ainsi refroidir le siège rapporté et une soupape associée. Dans un second aspect, l'invention concerne un siège rapporté de soupape destiné à un moteur à combustion interne refroidi par circulation d'eau et comportant un corps annulaire ayant deux surfaces annulaires adjacentes qui sont perpendiculaires l'une à l'autre et qui se logent dans une feuillure correspondante formée dans le moteur, un passage étant disposé autour du siège rapporté et débou- chant par l'une des surfaces du siège rapporté afin que l'eau de refroidissement du moteur puisse s'écouler dans le passage. Dans un troisième aspect, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un moteur à combustion interne à refroidissement par circulation d'eau, du type qui com- porte au moins un cylindre ayant des lumières d'admission et d'échappement commandées par des soupapes et communi- quant avec le cylindre, le procédé comprenant le moulage d'une partie du moteur afin qu'il comporte un canal et des passages de circulation d'eau, la formation dans la pièce moulée d'une feuillure annulaire qui communique avec le passage de circulation d'eau de refroidissement, puis le montage dans la feuillure d'un siège rapporté de sou- pape selon l'invention, tel que décrit précédemment. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre d'exemples de réalisation et en se ré- férant aux dessins annexés sur lesquels, la figure 1 ayant déjà été décrite: la figure 2 est une coupe schématique d'une lu- mière d'échappement d'un moteur à combustion interne à refroidissement par circulation d'eau, comprenant un siège rapporté de soupape;- la figure 3 est une perspective du siège rapporté de la figure 2; et la figure 4 est une coupe schématique suivant la ligne IV-IV de la figure 2 e Les éléments communs à la figure 1 d'une part et aux figures 2, 3 et 4 d'autre part portent les mêmes références numériques et on ne les décrit pas en détail. On se réfère d'abord aux figures 2 et 3 sur les- quelles le siège rapporté 20 est logé dans une feuillure 21 formée autour de la lumière Il d'échappement, partant du cylindre 10 d'un moteur à combustion interne a refroidis- sement par circulation d'eau Le siège rapporté 20 peut être formé par moulage ou frittage d'une matière résistant bien à la chaleur, par exemple une matière à base de fer. Le siège rapporté 20 a deux surfaces 22, 23 qui sont perpendiculaires l'une à l'autre et qui sont destinées à être au contact de la feuillure, la surface 22 étant dans un plan perpendiculaire à l'axe du siège rapporté 20 et l'autre 23 étant coaxiale cet axe La première sur- face 22 a un canal annulaire 24 formé autour d'elle L'au- tre surface 23 a plusieurs encoches en U 25, espacées angu- lairement et qui relient le canal 24 à la surface 23 et sont forméesdans le bord, entre les deux surfaces 22 et 23. La feuillure 21 est formée de la manière suivante. La partie du moteur qui comprend la lumière 11 d'échappement est coulée en alliage d'aluminium ou de fer. Le moule est réalisé afin qu'il donne à la paroi externe 13 de la pièce moulée une forme faisant partie de la surface de la chambre à combustion interne 10 et délimitant la lu- mière d'admission 11, sans que la feuillure 21 soit formée à ce moment La surface interne 14 de la pièce moulée com- porte, comme indiqué clairement sur la figure 4, une série de saillies 26 et de cavités 27 espacées annulairement, dans la partie de la pièce dans laquelle la feuillure 21 doit être formée Les saillies et cavités 26, 27 sont réa- lisées de manière que, lorsque la feuillure 21 est usinée dans la pièce moulée, le bord formé par les deux surfaces 22, 23 de la feuillure 21 traverse les cavités 27 comme indiqué clairement sur la figure 4 De cette manière, une série d'ouvertures espacées angulairement 28 est formée entre la feuillure et le passage de circulation d'eau, de part et d'autre de la surface 14. La feuillure 21 et le siège rapporté 20 ont des dimensions telles que le siège 20 est emmanché à force dans la feuillure 21 Avant introduction dans la feuillure 21 cependant, un joint torique ou une cale d'étanchéité formé de polytétrafluoréthylène ou d'une autre matière résistant à la chaleur est placé sur la surface 22 du siège afin qu'un joint étanche soit formé entre cette surface et la surface coopérante de feuillure après introduction du siège rapporté dans la feuillure 21. Le nombre et la disposition des ouvertures 28 de la feuillure ainsi que le nombre et la disposition des ouvertures 25 du siège rapporté sont tels que, quelle que soit l'orientation angulaire du siège rapporté 20 par rap- port à la feuillure 21, quatre au moins de ces ouvertures communiquent l'une avec l'autre Cela signifie que la prise en considération de l'orientation du siège rapporté lors du montage de celui-ci dans la feuillure n'est pas nécessaire. Lors du fonctionnement, l'eau circulant dans le circuit de refroidissement du moteur s'écoule par certaines des ouvertures 25, 28, circule autour du canal 24 et s'échappe par d'autres ouvertures 25, 28 De cette manière, la température dans la partie du siège rapporté 20 qui se trouve autour du canal se trouve à 1000 C environ et assure une réduction considérable de la température du siège rap- porté au niveau des surfaces 18 et 19 ainsi qu'une réduc- tion considérable de la température de la tête de la sou- pape Par exemple, la température de la surface 18 peut être aussi faible que 200 'C et celle de la surface 19 peut être aussi faible que 350 à 400 'C Le bord de la tête de soupape peut se trouver à 400 'C seulement et le centre de la tête a 6000 C Ces caractéristiques présentent un certain nombre d'avantages importants D'abord, l'utilisation d'al- liages de qualité élevée n'est pas nécessaire lors de la formation de la soupape si bien que le coût de celle-ci est réduit La résistance au grillage des sièges rapportés de soupape est accrue en cas de surcharge La résistance aux conditions de création de "point chaud", notamment dans les moteurs à essence suralimentés et à puissance spécifi- que élevée, est particulièrement élevée En outre, la chute des sièges de soupape par relaxation du matériau pendant le fonctionnement du moteur est éliminée. Le siège rapporté 21 de soupape décrit précédem- ment en référence au dessin peut être fabriqué facilement et à un faible prix La pièce moulée nécessaire est rela- tivement simple et elle n'accroit que faiblement le coût de fabrication du moteur La-configuration du canal 24 et des ouvertures 25 est-telle que l'eau s'écoule dans le canal 24 avec un effet de récurage qui décourage le bou- chage et l'entartrage. Il faut noter que le siège rapporté 20 de sou- pape décrit précédemment en référence au dessin peut don- ner lieu à des variantes de diverses manières Par exemple, le passage de circulation d'eau n'est pas obligatoirement formé par un canal ouvert 24 et il peut être formé par un passage fermé ayant des ouvertures rejoignant la feuillure. Plusieurs canaux peuvent être formés et l'arrivée d'eau de refroidissement au niveau du siège rapporté peut être ob- tenue de toute manière convenable et n'est pas obligatoi- rement limitée au cas décrit La formation des ouvertures 28 dans la pièce rapportée n'est pas assurée obligatoi- rement par le procédé décrit précédemment Tout procédé convenable peut être utilisé, par exemple le perçage. Bien que l'utilisation du siège rapporté décrit précédemment donne les avantages les plus grands dans le cas de la lumière d'échappement, il faut noter que des avantages peuvent aussi être obtenus lorsqu'il est utilisé dans une lumière d'admission. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'aurt aux dispositifs et procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Moteur a combustion interne refroidi par circula- tion d'eau, du type qui comprend au moins un cylindre et des lumières d'admission et d'échappement ( 11) commandées par des soupapes et communiquant avec le cylindre, l'une au moins des lumières ayant un siège annulaire rapporté ( 17) de soupape logé dans une feuillure annulaire ( 16), ca- ractérisé en ce que le siège rapporté ( 17) de soupape com- porte un passage ( 24) formé autour de lui et débouchant vers la feuillure, la feuillure communiquant avec le circuit de refroidissement par circulation d'eau du moteur afin que de l'eau puisse circuler vers le passage, dans celui-ci et hors de celui-ci, en assurant le refroidissement du siège rapporté et de la soupape associée. 2 Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le passage est sous forme d'un canal ( 24) formé dans une première surface du siège tournée vers la feuillure, le canal étant fermé par une surface coopérante de la feuil- lure ( 16) en communication avec le circuit de refroidisse- ment d'eau par des ouvertures ( 25) formées dans l'autre surface de contact avec la feuillure. 3 Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un joint étanche est formé entre une surface ( 22) du siège rapporté, placée dans un plan perpendiculaire à l'axe du siège rapporté, et la surface associée de la feuillure. 4 Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la feuillure ( 16) communique avec le circuit de refroidissement par circulation d'eau par des ouvertures ( 28) formées dans ce circuit. 5 Moteur selon la revendication 4,caractérisé en ce que le nombre et la disposition des ouvertures ( 28) de la feuillure et les ouvertures ( 25) du siège rapporté sont tels qu'au moins quatre ouvertures de feuillure et ouver- tures de siège sont en communication, quelle que soit la disposition angulaire du siège rapporté par rapport à la feuillure. 6 Siège rapporté de soupape, destiné à un moteur à combustion interne à refroidissement par circulation d'eau, 2 '540555 et du type qui comporte un corps annulaire ( 17) ayant deux surfaces annulaires adjacentes ( 22, 23) qui sont perpendi- culaires l'une à l'autre et qui se logent dans une feuil- lure correspondante ( 16) formée dans le moteur, caractérisé en ce qu'il comporte un passage ( 24) formé autour du siège rapporté et débouchant par l'une des surfaces du siège rap- porté afin que l'eau de refroidissement du moteur puisse s'écouler dans le passage - 7 Siège rapporté selon la revendication 6, carac- térisé en ce que le passage est sous forme d'un canal ( 24) formé dans une première surface ( 22). 8 Siège rapporté selon la revendication 6, carac- térisé en ce que des ouvertures sont formées par des en- coches en U ( 25) espacées angulairement et partant du bord formé entre les deux surfaces, les ouvertures allant de l'autre des surfaces ( 23) au passage ( 24). 9 Siège rapporté selon la revendication 6, caracté- risé en ce que le-passage est sous forme d'un trou fermé disposé autour du siège rapporté et débouchant vers la sur- face du siège rapporté par des ouvertures. Procédé de fabrication d'un moteur a combustion interne a refroidissement par circulation d'eau, du type qui comporte au moins un cylindre ayant des lumières d'ad- mission et d'échappement commandées par des soupapes et communiquant avec le cylindre, ledit procédé étant caracté- risé en ce qu'il comprend le moulage d'une partie du moteur avec une lumière et avec des passages de circulation d'eau de refroidissement, la formation, dans la pièce moulée, d'une feuillure annulaire qui communique avec le passage de circulation d'eau de refroidissement, puis le montage, dans la feuillure, d'un siège rapporté de soupape selon l'une quelconque des revendications 6 à 9. 11 Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'opération de moulage comporte le moulage de la partie de la pièce dans laquelle la feuillure doit être formée de manière que, avant formation de la feuillure, la partie moulée soit continue et de manière que la formation de la feuillure dans la pièce crée un certain nombre d'ou- vertures faisant communiquer la feuillure avec cette par- tie du circuit de refroidissement par circulation d'eau. 12 Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la partie formant la feuillure de la pièce moulée est annulaire et a une surface externe continue dans laquelle la feuillure est formée et une surface in- terne qui constitue une surface du passage de circulation d'eau de refroidissement, la surface interne étant moulée avec une série de saillies et de cavités espacées angu- laîrement tout autour, la disposition étant telle que le bord formé entre les deux surfaces de la feuillure, lors- qu'elle a été formée, recoupe les cavités en formant des ouvertures débouchant dans la feuillure entre les saillies adjacentes.