Brevet FR2542371A1 — publié le 19840914

? 71 La présente invention concerne un culbuteur plat pour la commande de soupapes dans des machines à pistons, et en particulier des moteurs à combustion interne, avec une queue, une base en mnatière à élasticité élevée, située en regard de la came de commande et munie d'unle rampe pour cette dernière, et une surface de transmission essentiellement concave et interagissant avec d'autres pièces de commande, et notamment la tige de culbuteur, une cavité qui permet une suspension élastique de la base du culbuteur étant prévue entre cette dernière et la surface dailsvisslon. Un tel culbuteur est décrit dans le brevet de la République fédérale d'Allemagne n 28 35 912 Sa base (c nstituée rar un acier à outils à élasticité élevée) est reai}se Soul S forme d'une plaquette ronde dont les deux faces frontales sont parfait(ement planes Par suite de la réalisation parfaic ment plane de la base du culbuteur, le fléchissement de cette dera Jère sochaité pour réduire l'usure, risque de ne pas se produire pour une largecr donnée de la came de commande, car aucune charge éia-ve ne peut se produire dans la zone centrale de la base par suite du contact pratiquement linéaire entre la came de commande et ladite base (la zoane de contact s'étend alors jusqu'à la courbe de fixation, ceot-à-dire de serrage de la plaquet- te) L'inconvénient suivant apparaît en outre: le culbuteur plat porte immédiatement sur l'arme dans le cas de faibles erreurs d'ali- gnement du culbuteur, c'est-à-dire quand l'axe de ces derniers n'est pas rigoureusement perpenrdiculaire à l'ae de l'arbre à cames, et il s'agit dans ce cas de minutas d'angle L Vinvention vise à améliorer un celbuteur du type précité de façon non seulement à réduire 'Iusur;e dela rampe pour la came, par un fléchissement toujours ass uré ae la base du culbuteur, mais aussi à éviter l'inconvénient précit':é, qui se manifeste dans le cas le ) faibles erreurs d'alignement du c-lbl-t eur, c'est-à-dire d'un écart entre l'axe d'un tel culbuteur et la perpendiculaire à l'axe de l'arbre à came- En dernière analyse, la suppression de cet inconvé- nient contribue aussi à réduire ll 'usure. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, la sur- face de la base du culbuteur interagissant avec la camne de commande est réalisée avec un bombement répondant avec une approximation aussi bonne que possible à la formule: 240 F ( p 2) 2 (a0,75 x 2 x 2 Loga/x) E h 3 dans laquelle x et y sont les coordonnées de la courbe de profil de la base bombée du culbuteur; a est le rayon et h l'épaisseur de la plaquette circulaire constituant la base du culbuteur; E est le module d'élasticité et p le coefficient de striction du matériau de la plaquette du culbuteur. Des culbuteurs dont la base présente une rampe bombée pour la came sont connus (cf par exemple la demande de brevet de la Répu- blique fédérale d'Allemagne publiée sous le N O 1 209 802). L'essentiel de l'invention réside toutefois dans le fait que le bombement proposé est utilisé en liaison avec une cavité située entre la base et la queue du culbuteur. La pression hertzienne élevée (du fait du contact ponctuel avec la came), qui apparaît généralement d'abord dans le cas d'un culbu- teur bombé, est ainsi réduite car la base du culbuteur peut toujours fléchir sous l'action de la force d'application centrale entre la came et le culbuteur La courbure de la rampe bombée diminue pendant le fléchissement, avec diminution des pressions locales Ce phénomène se manifeste en particulier au centre de la base du culbuteur, o les pressions hertziennes sont maximales Dans le cas de faibles erreurs d'alignement, le culbuteur bombé vient en contact avec la came légèrement en dehors du centre; il ne peut donc pas y avoir d'appui sur arête. Il est particulièrement avantageux de dimensionner le diamètre et l'épaisseur de la base du culbuteur, appliquée sur la queue avec formation d'une cavité, de façon que la flèche élastique de la base pendant la durée de sollicitation par la came de commande est, sous l'effort maximal exercé par cette dernière, rigoureusement égale à la valeur du bombement de la rampe de la base du culbuteur. La très petite surface de contact, produite par la pression hertzienne dans le cas d'un coulisseau bombé non fléchissant,-est ainsi remplacée par une surface de contact considérablement plus élevée, qui dans le cas optimal couvre toute la largeur de la came. Il est ainsi possible de réaliser la base du culbuteur dans des matériaux durs, fragiles et frittés ou à base de céramique, tels que carbure de titane, oxyde de zirconium, alumine ou carbure de silicium. La rupture ou le détachement habituel, sur de telles bases de culbu- teur (c'est-à-dire en matériau dur), n'apparaît plus car les fortes pressions hertziennes locales, apparaissant habituellement dans le cas de culbuteurs bombés (non élastiques), sont évitées. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisation et du dessin annexé sur lequel: la figure 1 représente un culbuteur plat en coupe partielle; et la figure 2 représente les cotes de la base du culbuteur. Le culbuteur plat selon figure 1 est constitué par une queue mas- sive 1 en matériau peu coûteux, tel que fonte, et une base 2 réalisée dans un matériau à élasticité élevée, tel qu'oxyde de zirconium, et reliée à la queue 1 par brasage ou collage du bord extérieur et de la face latérale Un évidement en calotte sphérique, formant une cavité , est prévu dans la face frontale inférieure de la queue 1, entre cette d- rnière-et la base 2 du culbuteur sur laquelle se déplace une came de commande non représentée La face frontale suprieure de la queue 1 forme une surface de transmission 4 concave, qui interagit avec d'autres pièces de commande, et en particulier une tige de cul- buteur non représentée. La face de la base 2 du culbuteur, située en regard de la came de commande non représentée et constituant la rampe 3 pour ladite came, est bombée selon une fonction mathématique particulièrement appropriée La montée de la came sur la base 2 (ou plus exactement sur la rampe 3) produit ainsi toujours un fléchissement sûr de la base 2 Ce fléchissement réduit les pressions hertziennes locales élevées et diminue ainsi l'usure De l'égères erreurs d'alignement du culbuteur sont de même absorbées. Il est particulièrement avantageux de dimensionner le diamètre D et l'épaisseur h de la base 2 appliquée sur la queue 1 avec forma- tion d'une cavité, de façon que la flèche élastique de la base 2 pendant la durée de sollicitation par la came de commande soit, sous l'effort maximal exercé par cette dernière, rigoureusement égale à la valeur du bombement b de la rampe 3 de la base 2 Le bombement b de la rampe peut être compris entre 3 et 10 Mm selon les conditions géométriques de la base 2 du culbuteur considéré. Les meilleurs résultats sont obtenus quand le bombement b de la base du culbuteur répond avec la meilleure approximation possible à la formule: 240 F ( 1 U 2) 2 (a 0,75 x 2 x 2 Log a/x) E h 3 Dans cette formule, expliquée à l'aide de la figure 2 a est le rayon et h l'épaisseur en mm de la plaquette circulaire constituant la base du culbuteur; F est la force d'application en N entre le culbuteur et la came, et habituellement la valeur absolue de la force d'application maximale sur le bec de la came; E est le module d'élasticité en N/mm 2 du matériau de la plaquette du culbuteur; p est le coefficient de striction sans dimension du matériau de la plaquette du culbuteur; x et y sont les coordonnées de la courbe de profil de la base bombée du culbuteur; x est exprimée en mm, la valeur y (du bombement) étant alors obtenue en pm. La figure 2 représente en outre d, c'est-à-dire le diamètre de l'aplatissement de la plaquette bombée sous l'action de la pression hertzienne résultant de l'application de la force F La formule pré- citée n'est pas applicable dans ce domaine, o le tracé du bombement est déterminé uniquement par les critères de réalisation possible. La flèche de la plaquette du culbuteur encastrée sur son pourtour, sous l'action de la force d'application maximale, étant sensiblement égale au bombement de la plaquette non fléchie, il est possible d'uti- liser une base 2 de culbuteur en matériau dur fragile, fritté ou à base de céramique, tel que carbure de titane, oxyde de zirconium, alumine ou carbure de silicium. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans- sortir du cadre de l'invention. Revendications 1 Culbuteur plat pour la commande de soupape dans des machines à pistons, et en particulier des moteurs à combustion interne, avec une queue, une base en matériau à élasticité élevée, située en regard de la came de commande et munie d'une rampe pour cette der- nière, et une surface de transmission essentiellement concave et interagissant avec d'autres pièces de commande, et notamment la tige de culbuteur, une cavité qui permet une suspension élastique de la base du culbuteur étant prévue entre cette dernière et la surface de transmission, ledit culbuteur étant caractérisé en ce que la surface ( 3) de la base ( 2) du culbuteur interagissant avec la came de com- mande et réalisée avec un bombement répondant avec une approximation aussi bonne que possible à la formule: 240 F ( 1 (a 2 0,75 x 2 x 2 Log a/x) E h 3 dans laquelle x et y sont les coordonnées de la courbe de profil de la base bombée du culbuteur; a est le rayon et h l'épaisseur de la plaquette circulaire constituant la base du culbuteur; E est le module d'élasticité et p le coefficient de striction du matériau de la plaquette du culbuteur. 2 Culbuteur plat selon revendication 1, caractérisé-en ce que le diamètre (D) et l'épaisseur (h) de la base du culbuteur appliquée avec formation d'une cavité sur la queue ( 1) sont dimensionnées de façon que la flèche élastique de la base ( 2) pendant la durée de sollici- tation par la came de commande soit, sous les formes maximales exer- cées par cette dernière, rigoureusement égale à la valeur du bombe- ment (b) de la rampe ( 3) de la base ( 2) du culbuteur. 3 Culbuteur plat selon revendication 1, caractérisé en ce que la base du culbuteur, appliquée avec formation d'une cavité, est réali- sée en matériaux durs frittés ou à base de céramique, tels que car- bure de titane, oxyde zirconium, alumine ou carbure de silicium, avec utilisation des caractéristiques E et p du matériau considéré dans la formule de dimensionnement du bombement interagissant avec la came de commande.