Brevet FR2621954A1 — publié le 19890421

La présente invention se rapporte à des joints de soupape pour moteurs à combustion interne et plus particulièrement à un joint de tige de soupape unitaire, c'est-à-dire en une pièce, en matière plastique moulée, ayant un joint en élastomère qui y est intégralement moulé. Dans des moteurs à combustion interne conventionnels à soupape commandée par culbuteur, deux soupapes ont un mouvement alternatif en alternance dans le temps pour produire une communication intermitente entre les collecteurs d'admission et d'échappement et une chambre de combustion. La lubrification est prévue aux portions supérieures des soupapes par un jet d'huile de lubrification dans le couvercle de soupape ou un écoulement par gravité du culbuteur associé. L'huile descend alors le long de l'extrémité libre supérieure de la tige de soupape, vers la tête de soupape. Comme les températures dans la chambre de combustion peuvent s'approcher ou dépasser 1000 C, toute huile de lubrification exposée à cette température se vaporisera ou brûlera, laissant derrière elle des dép8ts qui peuvent interférer avec la bonne étanchéification des soupapes et provoquer leur détérioration rapide. Il est par conséquent nécessaire de prévoir des joints généralement entre la région supérieure des tiges de soupape dans le couvercle de soupape et le guide de soupape qui s'étend vers les collecteurs et la chambre de combustion. Un tel Joint typique de tige de soupape prend la forme d'un cylindre partiellement fermé à une extrémité. La région cylindrique repose autour du guide de soupape pour maintenir le Joint de soupape stationnaire et la région de diamètre réduit se scelle de manière coulissante contre la tige de soupape. Des efforts intensifs ont été dirigés vers ce composant de moteur à combustion interne et de nombreuses conceptions, dont beaucoup sont brevetées sont le résultat de ces efforts. Par exemple, de nombreux joints de tige de soupape ayant des corps généralement cylindriques en caoutchouc synthétique, par exemple, Buna N et un Joint annulaire en un matériau distinct qui engage la tige de soupape ont été développés. Le Joint annulaire peut être fabriqué en divers matériaux comme de la fonte, une résine synthétique ou une matière auto-lubrifiante comme un polymère de tétrafluoroéthylène (commercialement vendu sous la désignation de Téflon). Dans une autre tentative à une construction de Joint de soupape, on utilise un corps en nylon avec une rondelle engageant la tige de soupape en un caoutchouc de silicone, qui est retenue dans le corps du Joint par un agencement coopérant à bride en forme de T et gorge. Des joints de soupape o des nervures ou gorges annulaires à l'intérieur du corps du joint, qui améliorent l'étanchéité contre le guide de soupape et la retenue du Joint, sont également connus. Le Joint lui-même a également été soumis à des efforts de conception et diverses formes ont été développées pour diverses applications ne se rapportant pas à des moteurs. Une telle conception a une section transversale en X qui est fabriquée en un caoutchouc naturel ou synthétique. De la revue qui précède des brevets de l'art antérieur, il est apparent que des Joints de soupape comprennent conventionnellement des composants individuels de corps et de Joint qui, typiquement, doivent être assemblés en un assemblage de Joint de soupape. Ces composants multiples et assemblage associé augmentent le prix des unités qui sont utilisées en grand nombre par les fabricants de moteurs à combustion interne. Il est par conséquent apparent que des améliorations dans la technique des joints de tige de soupape de moteurs à combustion interne sont à la fois possibles et souhaitables. La présente invention se rapporte à un assemblage d'un joint de soupape unitaire, c'est-à-dire en une pièce, comprenant un corps en plastique et un Joint en élastomère qui est intégralement moulé dans le corps. Le corps du joint de soupape est de préférence fabriqué en une matière plastique ayant une bonne résistance et une bonne stabilité aux hautes températures, comme un élastomère de polyester et matières plastiques similaires. Le corps de soupape comprend un certain nombre de lèvres ou gorges sur sa surface intérieure, qui viennent en étanchéité contre le guide de soupape. Le joint en élastomère intégralement moulé est de préférence fabriqué en caoutchouc Viton et définit un X irrégulier en section transversale. En effet, le joint en élastomère comprend quatre courbes à rayons convexes définissant les coins du joint et trois régions courbées concaves interconnectant les coins convexes. Deux nervures espacées dirigées vers l'intérieur engagent la tige de soupape. Les rayons des coins convexes sont à peu près égaux aux rayons des trois régions intermédiaires concaves. L'invention sera mieux comprise, d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention, et dans lesquels: - la figure 1 est une vue fragmentaire, en coupe partielle, d'une tige de soupape, d'un guide de soupape et d'un assemblage unitaire d'un Joint moulé de soupape selon la présente invention; - la figure 2 est une vue en coupe transversale complète avec un assemblage d'un Joint unitaire moulé de soupape selon la présente invention; - la figure 3 est une vue en coupe transversale complète du Joint en élastomère d'un assemblage d'un Joint unitaire moulé de soupape selon la présente invention; et - la figure 4 est une vue en coupe fragmentaire agrandie de la structure des lèvres ou nervures internes d'un assemblage d'un joint unitaire moulé de soupape selon la présente invention. En se référant maintenant à la figure 1, un assemblage d'un joint moulé de soupape unitaire, c'est-à-dire en une pièce, est illustré et désigné par le chiffre de référence 10. L'assemblage de joint de soupape 10 est illustré monté et maintenu en position sur un guide de soupape 12 d'un moteur à combustion interne (non illustré). Comme on le sait bien, le guide de soupape 12 définit un passage traversant concentrique 14 qui reçoit de manière coulissante une tige 16 d'une soupape d'admission ou d'échappement 18. Selon la pratique conventionnelle, le guide de soupape 12, la tige de soupape 16 et l'assemblage du Joint de soupape 10 sont tous circulaires en regardant en section transversale radiale. En se référant maintenant à la figure 2, l'assemblage 10 du Joint de soupape comprend un corps de Joint de soupape en plastique moulé 20 et un Joint de tige de soupape 22 intégralement moulé sur place. Le corps 20 du joint de soupape est généralement en configuration de chapeau haut-de-forme et comprend un corps cylindrique 24 qui définit un passage cylindrique interne 26, une région de diamètre réduit 28 adjacente à une extrémité, une région de diamètre élargi 30 adjacente à l'extrémité opposée et une bride mince s'étendant radialement 32 adjacente à l'extrémité opposée. Un ressort de soupape (non illustré) repose contre la surface supérieure de la bride 32 et maintient l'assemblage 10 en position sur la culasse du moteur. De préférence, le diamètre du corps 24 est à peu près égale à la moitié du diamètre de la bride 32. Le corps 20 peut 8tre fabriqué en un élastomère de polyester haute température ayant des copolymères séquences de téréphtalate d'un diol à chaîne courte et de copolymères à chaîne longue tel que Hytrel qui est un produit et une dénomination commerciale de E.I. duPont de Nemours & Co. Des élastomères de polyester similaires ayant une bonne stabilité dimensionnelle et une bonne durée de vie d'utilisation aux températures relativement élevées comme ceux rencontrés dans l'environnement souhaité d'utilisation d'un moteur à combustion interne peuvent également 8tre utilisés. En se référant maintenant aux figures 2 et 3, la région 28 de diamètre réduit est intégralement moulée autour d'eux et reçoit le joint 22 de tige de soupape en élastomère. Le joint 22 est de préférence fabriqué en Viton ou caoutchouc synthétique similaire ou fluoroélastomère ayant des caractéristiques appropriées d'utilisation comme la durabilité aux températures élevées. Viton est une dénomination commerciale de E.I. duPont de Nemours & Co. - Le joint 22 de tige de soupape est un anneau ayant une section transversale en X curviligne irrégulier, comme cela est illustré à la figure 3. La surface du joint 22 définit un certain nombre de surfaces convexes 34, de surface concaves 36 et une paire de 262 1954 nervures 38. Les surfaces convexes 34 définissent les coins du joint 22 et ont de préférence toutes des rayons égaux. La surface convexe 34A a un rayon légèrement plus petit. Si par exemple les rayons des surfaces convexes 34 sont de 0,33 mm, le rayon de la surface 34A peut être de 0,25 mm. Des rayons compris entre 0,18 et 0,51 mm sont appropriés. Les surfaces concaves alternantes 36 ont de préférence le même rayon ou un rayon légèrement plus grand que celui des surfaces convexes 34. Des rayons compris entre 0,25 mm et 0,635 mm sont ainsi appropriés. Le joint de tige de soupape 22 comprend également deux nervures espacées 38 qui sont asymétriques relativement à, c'est-à-dire décalées d'un plan médian horizontal de référence du joint 22 qui est illustré à la figure 3. Chacune des nervures 38 définit une surface annulaire 42 ayant une largeur d'environ 0,25 mm et de préférence comprise entre 0,18 et 0,38 mm. Une surface concave 44 de petit rayon ayant un rayon d'environ 0,12 mm et de préférence compris entre 0,076 et 0,2 mm se fusionne avec deux surfaces inclinées à un angle d'environ 18 par rapport au plan horizontal de référence et de préférence d'environ 15 à 20 . Des surfaces concaves ayant un rayon d'environ 0,3 mm à 0,51 mm relient les surfaces annulaires 42 aux surfaces convexes 34 et 34A. Une interférence entre la tige de soupape 16 et les surfaces annulaires 42 du Joint de tige de soupape 22 est de préférence comprise entre 0,25 et 0,46 mm et de manière idéale d'environ 0,35 mm dans une application de Joint de soupape de taille typique. En se référant maintenant aux figures 2 et 4, on peut noter que dans la région 30 de diamètre élargi du passage cylindrique 26, le corps de Joint de soupape 20 comprend un certain nombre de nervures ou lèvres 50 s'étendant vers l'intérieur. Les lèvres 50 produisent et maintiennent un Joint sensiblement imperméable au fluide entre l'assemblage 10 et le guide de soupape 12, inhibant ainsi l'écoulement d'huile de lubrification à travers cette région annulaire et le passage annulaire entre le guide 12 et la tige de soupape 16. De préférence, les lèvres 50 sont au moins en un nombre de trois bien que plus ou moins de lèvres puissent être utilisées si on le souhaite. De même, toutes les lèvres 50 sont de préférence orientées à un angle d'environ 45 bien qu'un angle aigu plus grand ou plus petit puisse être utilisé si on le souhaite. Typiquement, les lèvres 50 ont une longueur comprise entre 0,635 mm et 1 mm et une épaisseur de 0,25 à 0,46 mm. Deux des lèvres 50 qui sont disposées axialement au loin de la bride 32 s'étendent (radialement) à peu près sur 0,1 mm à 0,25 mm au-delà du diamètre interne du passage cylindrique 26 indiqué par la ligne de référence 52. Les lèvres 50 définissent un ajustage à interférence avec le guide de soupape 12 comme cela est illustré à la figure 1 et se déforment pour former un joint contre lui. Une troisième lèvre 50A s'étend de manière oblique au-delà de la face inférieure 54 de la bride 32 sur une distance d'environ 0,25 mm en mesurant axialement. Ainsi, cette lèvre 50A se déforme également tandis que l'assemblage 10 du joint de soupape est placé sur un guide de soupape 12 et que la lèvre 50A se scelle contre le guide 12 et les surfaces associées de la culasse du moteur. Ainsi, on peut noter qu'un assemblage d'un joint de tige de soupape unitaire selon la présente invention donne un composant de moteur à combustion interne qui répond aux conditions des joints conventionnels de soupape mais qui peut être fabriqué de manière peu onéreuse par le moulage in situ ou intégral du corps 20 autour du joint 22 de tige de soupape en une seule opération de moulage par injection. Ce moulage en une seule étage élimine les opérations subséquentes d'assemblage qui sont communes à un grand nombre de ces ensembles. La retenue du joint de tige de soupape 22 dans le corps 20 est également excellente grâce à la forme du joint 22 et particulièrement la portion opposée aux surfaces annulaires 42. Le Joint 22 à section transversale en X irrégulier, en particulier les nervures 38 et les surfaces annulaires 42 offrent une performance exceptionnelle d'étanchéification et de durée de vie et la bride annulaire 32 contre laquelle repose le ressort de soupape donne un fonctionnement plus silencieux du moteur relativement aux conceptions o le ressort repose directement contre la culasse du moteur à combustion interne associé. De même, les lèvres obliques 50 et 50A sont en engagement étanche avec le guide 12 et la surface adjacente et inhibent l'écoulement de l'huile du moteur entre l'assemblage 10 et le guide 12. REVENDICATIONS 1. Assemblage unitaire pour l'étanchéification d'une tige de soupape dans un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend: un corps cylindrique (24) définissant un passage traversant (26) ayant une surface, ledit corps étant moulé en une matière plastique; un joint annulaire en élastomère (22) reçu dans et fixé audit corps de soupape, ledit Joint ayant une section transversale généralement en forme de X de surfaces convexes et concaves; et au moins une nervure circonférentielle (38) sur ladite surface dudit passage traversant. 2. Assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le joint (22) définit quatre surfaces convexes alternant avec quatre surfaces concaves. 3. Assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le Joint (22) est fabriqué en un fluoroélastomère. 4. Assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le joint (22) est fabriqué en un fluoroélastomère Viton. 5. Assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces convexes (34) ont un rayon compris entre environ 0,25 et 0,38 mm. 6. Assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces concaves (36) ont un rayon compris entre 0,5 et 0,75 mm. 7. Assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les nervures circonférentielles (38) ont environ 0,178 mm de hauteur et de largeur. 8. Assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps cylindrique (24) est fabriqué en un élastomère de polyester haute température. 9. Assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps cylindrique (24) est fabriqué en élastomère de polyester Hytrel. 10. Assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps cylindrique (24) contient de plus une bride adjacente à l'extrémité (32) s'étendant radialement.