Brevet FR2635708A1 — publié le 19900302

"Procédé et dispositif pour la réalisation de surfaces d'étanchement sur des soupapes." La présente invention concerne un procédé pour réaliser des surfaces d'étanchement ayant une qualité de surface élevée pour des soupapes, notamment des soupapes d'injection de carburant pour des moteurs à combustion interne ayant au moins un ajustement d'étanchement prévu sur au moins une partie mobile de la soupape, et avec au moins une surface de siège de soupape formée sur au moins un corps de siège de soupape, procédé selon lequel, au cours d'une première étape on met en contact le siège d'étanchement de la partie mobile de la soupape avec la surface du siège de soupape et au cours d'une seconde étape on exécute un mouvement de rotation relative autour d'un axe de rotation entre la partie mobile de la soupape et le corps du siège de soupape en fournissant un abrasif de rodage à grains fins à l'état de boue. Pour obtenir une meilleure étanchéité des soupapes d'injection de carburant, on a déjà prévu à l'intérieur notre société, de fixer le corps du siège de la soupape dans une unité de maintien et de mettre la partie mobile de la soupape en pression contre la surface du siège de la soupape et de mettre cette pièce en rotation avec fourniture d'un abrasif de rodage. Pour un nombre non négligeable des groupes de soupapes (partie mobile de la soupape et corps de siège de soupape) ainsi traités, la qualité de surface obtenue alors pour la surface du siège de soupape, et l'ajustement étanche de la partie mobile de la soupape, n'est toutefois pas encore satisfaisant pour une étanchéité d'une durée suffisante; en effet, après l'arrêt du moteur à combustion interne, la soupape d'injection de carburant étant fermée, et l'installation d'injection de carburant arrêtée, il faut pour des raisons de sécurité, et pour permettre un démarrage rapide, empêcher autant que possible, pendant des heures, la fuite et l'évaporation sur la soupape d'injection. Il est également déjà connu d'améliorer la qualité de surface des pièces par rodage en utilisant un abrasif de rodage; ceci peut notamment s'effectuer également grâce à un rodage par vibrations, dans lequel on travaille au moyen de vibrations haute fréquence (Dubbels Taschenbuch fur den Maschinenbau, Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg/New York, 1966, 12ème édition, 2ème tome page 659). On connaît également un procédé et un dispositif pour roder des robinets (DE-639 666), selon lesquels l'une des parties est fixée de manière à pouvoir tourner autour de son axe longitudinal, s'incliner et se déplacer transversalement à l'axe longitudinal tout en étant fixée dans la direction de l'axe longitudinal; l'autre partie effectue un mouvement de rotation et de translation forcées autour de l'axe longitudinal ou dans la direction de celui-ci on ajoute un agent abrasif entre les pièces. La pièce qui effectue un mouvement de rotation et de translation forcées exécute un mouvement de friction de course longue et de faible fréquence suivant une ligne hélicoïdale à pas important de toute la surface enveloppe de l'autre pièce à laquelle ce mouvement de translation n'est pas transmis. On évite ainsi, dans une très large mesure, les déviations en forme d'ondulations de la génératrice de la surface conique mais les traces d'abrasion grossières, connues, subsistent pour un te' procédé, dans la direction axiale et la direction de rotation, ne permettant pas de satisfaire à des exigences strictes d'étanchéité. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un procédé du type ci-dessus caractérisé en ce qu'au cours d'une troisième étape on transmet au corps de siège de soupape et à la partie mobile de la soupape, un mouvement oscillant de fréquence élevée parallèlement à l'axe de rotation et agissant sur le corps de soupape. Suivant une autre caractéristique, l'invention concerne un procédé selon lequel au cours d'une seconde étape de procédé, on transmet un mouvement oscillant de fréquence élevée agissant dans la direction d'actionnement de la soupape, sur le corps du siège de soupape et la partie mobile de la soupape. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'un générateur de vibrations agit sur l'unité de maintien pour lui appliquer un mouvement oscillant à haute fréquence, agissant sur le corps de siège de soupape et sur la partie mobile de la soupape. Le procédé ou le dispositif conformes à l'invention, présentent par rapport aux procédés et aux dispositifs antérieurs, l'avantage que l'on peut obtenir, d'une façon simple, une qualité de surface élevée de l'ajustement étanche sur la partie mobile de la soupape et de la surface du siège de soupape sur le corps de soupape, cette qualité de la surface assurant une étanchéité suffisamment longue de la soupape au cours de son utilisation, et la fraction des groupes de soupapes (partie mobile de la soupape et corps de siège de soupape) qui n'assure pas une étanchéité suffisante et pour laquelle une reprise d'usinage et ou une mise au rebut est nécessaire, se situe au- dessous de 1 %. L'invention repose sur la considération selon laquelle l'excitation simultanée du corps de siège de soupape et de la partie mobile de la soupape par une oscillation à haute fréquence avec - interposition de l'abrasif de rodage à grains fins, à l'état de boue, aboutit à un usinage fin au niveau du siège d'étanchement de la partie de soupape et de la surface du siège de soupape; il en résulte une structure de surface quasi amorphe, si bien que même avec un agrandissement de 1000 on ne constate pas les traces de rodage ou de meulage usuelles, connues. La partie m6bile de la soupape et le corps du siège de soupape oscillent ainsi à la même fréquence mais avec une amplitude différente, et dans l'intervalle du siège d'étanchéité, il se forme un effet de pompage qui provoque un mouvement relatif, axial, de l'abrasif de rodage, si bien qu'aux surfaces limites on a l'effet d'un enlèvement fin sans donner les structures de surface, orientées, connues. L'effet décrit de l'usinage fin dans l'intervalle du siège d'étanchéité, entre la partie mobile de la soupape et le corps du siège de soupape, se produit même si-les deux pièces ne s'appuient l'une sur l'autre que sous l'effet de leur propre poids. A priori, il n'est pas nécessaire d'exercer une force supplémentaire sur la partie mobile de la soupape en direction de la surface du siège de la soupape pour atteindre le but de l'invention mais cette force peut améliorer le résultat. Cette force supplémentaire doit évidemment correspondre à un élément du système de masse multiple mis en oscillation. Suivant une autre caractéristique de l'invention, au cours d'une quatrième étape de procédé on sollicite la partie mobile de la soupape en direction de la surface de siège de soupape avec une force. Suivant une autre caractéristique de l'invention, on peut appliquer sur la partie mobile de la soupape une force par un corps pesant en direction de l'axe du siège de la soupape. Suivant une autre caractéristique de l'invention, au cours d'une troisième étape on sollicite avec une force la partie mobile de la soupape dans la direction de la surface du siège de soupape. Un exemple de réalisation de l'invention est représenté d'une façon simplifiée sur le dessin ci- joint et va être exposé plus en détail dans la description ci-après. Sur le dessin ci-joint est représenté à ti- tre d'exemple, un groupe de soupapes 1 qui peut faire partie d'une soupape d'injection de carburant, non re- présentée plus en détail, pour des installations d'in- jection de carburant de moteurs à combustion interne à allumage séparé et à compression de mélange. Le groupe de soupapes 1 ainsi représenté peut, par exemple, trouver son utilisation dans une soupape d'injection de carburant selon le document DE-OS 24 580 728 ou bien dans le document correspondant US-PS 40 07 880. 6 4 Le groupe de soupapes 1 est constitué par un corps de siège de soupape 2 et une partie mobile de soupape 3. Le corps métallique 2 du siège de soupape comporte une collerette 5 en direction de laquelle s'ouvre un alé- sage de guidage 7 s'étendant coaxialement par rapport à un axe de rotation 6. A l'opposé de cette collerette un élargissement 9, conditionné par la technique de fabrication, se raccorde à l'alésage de guidage 7 et son diamètre est supérieur au diamètre de cet alésage de guidage 7. De cet élargissement 9, part une surface de siège de soupape allant en se rétrécissant coniquement à l'intérieur du corps de siège de soupape 2 et qui se termine par un orifice 13 d'injection de carburant se raccordant à cette surface 10 et se ter- minant sur une surface frontale 11. La partie mobile 3 de la soupape, revêtant la forme d'un pointeau, est insérée dans l'alésage de guidage 7 du corps 2 du siè- ge de soupape dans lequel elle est guidée au moyen d'une partie inférieure de guidage 14 et d'une partie supérieure de guidage 15. Entre les parties de guidage 14, 15 une partie de liaison 17 réduite en diamètre est prévue sur la partie mobile 3 de la soupape. Cette partie mobile 3 de la soupape fait saillie hors du perçage de guidage 7 par un collet 18 auquel est reliée une armature 19. A l'opposé de cette armature 19, la partie mobile 3 de la soupape comporte une partie cylindrique 21 se raccordant à la partie de guidage inférieure 14 et à laquelle se raccorde, à l'opposé de la partie de guidage inférieure 14, un étroit ajustement d'étanchéité 22, de forme conique, et qui se transforme en une partie 23 allant en se rétrécissant coniquement. Cet ajustement d'étanchéité 22 de la partie mobile 3 de la soupape s'applique directement, et de façon étanche, lorsque la soupape d'injection de carburant est fermée, contre la surface 10 du siège de soupape du corps de siège de soupape 2. A la partie conique 23 se raccorde un pointeau -25 réalisé de façon connue, qui traverse l'orifice d'éjection 13. Les parties de guidage 14, 15 comportent, sur leur périphérie, des orifices d'écoulement 26, qui peuvent par exemple, être réalisés sous la forme de méplats et qui donnent aux parties de guidage, par exemple, la forme de quatre pans. La partie de liaison 17 de la partie mobile 3 de la soupape, délimite en direction radiale conjointement avec l'alésage de guidage 7, un canal d'écoulement annulaire 27. La partie mobile 3 de la soupape peut également être réalisée en métal. Pour la réalisation, conformément à l'invention, avec une qualité de surface élevée, de surfaces d'étanchement sur des soupapes, il est prévu un dispositif qui est disposé sur une table 31 dont il est rendu solidaire par une partie de fixation 32 portant un générateur de vibrations 33. Ce générateur de vibrations 33 est réalisé par exemple sous la forme d'un vibrateur magnétostrictif et convertit les oscillations électriques dans le domaine ultra-sonore, c'est-à-dire les vibrations haute fréquence en vibrations mécaniques de faibles amplitudes. Ce générateur de vibrations 33 est relié électriquement à un générateur haute fréquence 35 et il est excité par celui-ci par exemple dans une étendue entre 20 et 30 kHz, c'est-à-dire dans le domaine ultra-sonore, et il accomplit alors des amplitudes d'oscillations se situant à peu près entre 3 et 20 pm. Une unité de maintien 37 est fixée au générateur de vibrations 33, par exemple au moyen de vis 36. Cette unité de maintien 37 se compose d'un corps récepteur 39 comportant un alésage récepteur 40, lequel-est ouvert en direction d'une surface frontale d'appui 41, opposée au générateur de vibrations 33, du corps récepteur 39. En partant de cette surface frontale d'appui 41 en direction du générateur de vibrations 33, l'enveloppe du corps récepteur 39 est munie d'un fileeage externe 43. Sur ce filetage externe 43 du corps récepteur 39, est vissé, en tant que deuxième partie de l'unité de maintien 37, un écrou d'accouplement 44 avec un filetage interne 45. La réalisation de l'unité de maintien 37 sous la forme ainsi décrite d'un corps récepteur 39 et d'un écrou d'accouplement 44 n'est indiquée qu'à titre d'exemple. Naturellement, l'unité de maintien peut également être réalisée dans tout autre forme avantageuse, et comporter une liaison par serrage, une liaison par baïonnette, ou par un moyen analogue. Pour la mise en oeuvre du procédé, le corps de siège de soupape 2 représenté à titre d'exemple est introduit par sa partie cylindrique dans l'alésage récepteur 40 du corps récepteur 39, jusqu'a ce que la collerette 5 prévue avec un diamètre plus important, vienne s'appliquer sur la face frontale d'appui 41. Ensuite, l'écrou d'accouplement 44 est vissé sur le corps récepteur 39 et son fond 47 empiétant sur la collerette 5, presse celle-ci en la bloquant en rotation contre la face frontale d'appui 41. Comme déjà mentionné, l'unité de maintien peut également être réalisée dans tout autre forme appropriée, permettant de maintenir en le bloquant en rotation, le corps 2 du siège de soupape. La partie mobile 3 de la soupape, revêtant la forme d'un pointeau, est guidée à travers un alésage traversant 48 dans le fonu 47 et mise en place dans l'alésage de guidage 7 du corps de siège de soupape, l'ajustement d'étanchéité 22 venant alors s'appliquer contre la surface 10 du siège de soupape. Sur l'extrémité, faisant saillie hors de l'unité de maintien 37, de la partie mobile 3 de la soupape, par exemple sur l'armature 19 reliée à cette partie mobile 3 de la soupape, vient en prise pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, un corps d'accouplement 49 de façon telle qu'un mouvement de rotation autour de l'axe de rotation 6, transmis par une unité de rotation 51, par exemple un moteur électrique, au corps d'accouplement 49, est communiqué à l'armature 19 et donc, à la partie mobile 3 de la soupape. Le corps d'accouplement peut, par exemple, comporter un alésage d'accouplement 52 s'étendant cylindriquement ou coniquement, alésage dans lequel l'armature 19 se coince ou bien est accouplée par frottement. Pour réaliser la liaison fonctionnelle entre l'unité de rotation 51 et la partie mobile 3 de la soupape, l'unité de rotation 51 en même temps que le corps d'accouplement 49, est montée de façon à pouvoir se déplacer verticalement de la façon indiquée par la double flèche 53. De façon avantageuse, pendant la mise en oeuvre du procédé, la partie mobile 3 de la soupape est sollicitée par une force en direction de la surface 10 du siège de soupape. Cette force est susceptible d'être adaptée d'une façon optimale et en fonction du diamètre de l'ajustement d'étanchéité 22. Pour obtenir cette force, on peut utiliser le poids du corps d'accouplement 49 s'exerçant sur la partie mobile 3 de la soupape et qui est adapté aux exigences d'une façon appropriée, ou bien on peut utiliser un corps pesant 54 mis en place sur le corps d'accouplement 49 ou bien un ressort de pression 55 disposé par exemple dans l'alésage d'accouplement 52 et qui prend appui contre l'armature 19. A côté de l'unité de rotation 51, un autre élément du dispositif est un moyen d'alimentation 56 par lequel un abrasif de rodage à grains fins peut être amené par l'intermédiaire d'une canalisation 57, par exemple au- dessus de l'alésage de guidage 7 du corps de siège de soupape 2 dans la zone de la surface 10 du siège de soupape et de l'ajustement d'étanchéité 22. Cet abrasif de rodage peut toutefois également, être déposé avant la mise en oeuvre du procédé sur la surface 10 du siège de soupape et/ou sur l'ajustement d'étanchéité 22. L'alimentation en abrasif de rodage peut également s'effectuer par l'intermédiaire de l'orifice d'éjection 13. Comme abrasif de rodage, on peut utiliser des barbotines oléagineuses ou aqueuses connues d'oxyde de chrome, de carbure de bore, et autres. Cette alimentation en abrasif de rodage n'est pas inconditionnellement nécessaire pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. Pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, le groupe de soupapes 1 est bridé de la façon décrite dans l'unité de maintien 37 et il est relié en rotation à l'unité de rotation 51. Ensuite., un mouvement de rotation 59 indiqué par une flèche est communiqué à la partie mobile 3 de la soupape au moyen de l'unité de rotation 51, et par enclenchement simultané du générateur haute fréquence 35, un mouvement de vibrations 60, indiqué par une double flèche et agissant parallèlement à l'axe de rotation 6, est superposé à ce mouvement de rotation 59. Dans ce cas, la partie mobile 3 de la soupape avec l'armature 19 et le corps de siège de soupape 2 forment un système de masse multiple susceptible d'osciller pour osciller à la même fréquence mais avec toutefois des amplitudes différentes. En variante, la partie mobile 3 de la soupape pourrait également être bridée de façon fixe en rotation dans un moyen de 263570O maintien sur l'armature 19 et le mouvement de rotation pourrait être obtenu par rotation du corps 2 du siège de soupape au moyen d'une unité de rotation. Le mouvement de vibration à fréquence élevée pourrait, dans ce cas, être également apporté par l'intermédiaire de l'armature et de la partie mobile de la soupape. Sous adjonction éventuelle d'abrasif de rodage, l'ajustement d'étanchéité 22 et la surface 10 du siège de soupape, se déplacent alors l'un sur l'autre et.engendrent des surfaces d'étanchéité en soi complémentaires, avec une qualité de surfaces élevée. Le temps de traitement est de quelques secondes, par exemple 5 secondes. Les surfaces d'étanchement traitées selon le procédé qui vient d'être décrit, des groupes de soupapes, par exemple de soupapes d'injection de carburant pour des moteurs à combustion interne à essence ou bien diesel, garantissent non seulement une étanchéité momentanée très élevée, mais également, une étanchéité après une longue période d'utilisation de la soupape. Le procédé conforme à l'invention n'est toutefois pas uniquement avantageusement applicable à la réalisation de surfaces d'étanchement avec une qualité de surfaces élevée, dans le cas de soupapes dont les surfaces d'étanchement sont des surfaces de révolution et pour lesquelles la partie mobile 3 de la soupape n'est pas bloquée en rotation par rapport au corps 2 du siège de soupape, ce corps 2 du siège de soupape et la partie mobile 3 de la soupape pouvant ainsi être animés d'un mouvement de rotation 59 l'un par rapport à l'autre, pendant la mise en oeuvre du procédé, de sorte que dans toutes positions de rotation quelconques du corps 2 du siège de soupape et de la partie mobile 3 de la soupape, l'un par rapport à l'autre, on obtient une identique étanchéité de bonne qualité. Au contraire, l'application du mouvement de vibrations à haute fréquence 60 en direction axiale, donc dans le sens d'actionnement de la soupape et dans lequel pour permettre l'ouverture de cette soupape la partie mobile de la soupape est susceptible d'être soulevée de la surface du siège de soupape, ou bien dans le sens d'actionnement opposé ou pour permettre la fermeture de la soupape la partie mobile de cette soupape est amenée au contact de la surface du siège de soupape, cette application du mouvement de vibration parallèlement à l'axe de rotation 6, sans le mouvement de rotation 59, aboutit également à elle seule, à une amélioration de la qualité des surfaces d'étanchement, donc à une amélioration de l'étanchéité des soupapes. Cette forme du procédé selon l'invention, est alors proposée lorsque pour des raisons de construction, la partie mobile 3 de la soupape est.par exemple bloquée en rotation par rapport au corps 2 du siège de soupape, ou bien lorsque les surfaces d'étanchement ont des sections transversales ovales, rectangulaires ou bien encore d'une autre forme et qu'aucun mouvement de rotation 59 ne peut être envisagé pendant l'application du procédé. Dans ce cas, il peut être également avantageux de prévoir de la façon déjà décrite précédemment, un apport d'abrasif de rodage à grains fins, et/ou la sollicitation de la partie mobile 3 de la soupape et du corps 2 du siège de soupape par un effort tendant à les appliquer l'un sur l'autre. 2635 708 REVENDICATIONS 1.- Procédé pour réaliser des surfaces d'étanchement ayant une qualité de surface élevée pour des soupapes, notamment des soupapes d'injection de carburant pour des moteurs à combustion interne ayant au moins un ajustement d'étanchement prévu sur au moins une partie mobile de la soupape, et avec au moins une surface de si-ge de soupape formée sur au moins un corps de siège de soupape, procédé selon lequel, au cours d'une première étape on met en contact le siège d'étanchement de la partie mobile de la soupape avec la surface du siège de soupape et au cours d'une seconde étape on exécute un mouvement de rotation relative autour d'un axe de rotation entre la partie mobile de la soupape et le corps du siège de soupape en fournissant un abrasif de rodage à grains fins à l'état de boue, procédé caractérisé en ce qu'au cours d'une troisième étape on transmet au corps de siège de soupape (2) et à la partie mobile (3) de la soupape, un mouvement oscillant (60) de fréquence élevée parallèlement à l'axe de rotation (6) et agissant sur le corps de soupape (2). 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au cours d'une quatrième étape de procédé on sollicite la partie mobile (3) de la soupape en direction de la surface de siège de soupape (10) avec une force (49, 54, 50). 3.- Dispositif pour fabriquer des surfaces d'étanchement à qualité de surface élevée, pour des soupapes notamment des soupapes d'injection de carburant destinées à des moteuzs à combustion interne, ayant un siège d'étanchement prévu sur au moins une partie mobile de soupape et au moins une surface de siège de soupape réalisée sur un- corps de siège de soupape avec une unité de maintien recevant le corps de siège de soupape ou la partie mobile de la soupape et une unité de rotation agissant sur la partie mobile de la soupape ou sur le corps du siège de soupape et une installation d'alimentation en abrasif de rodage pour l'abrasif de rodage à grains fins à l'état de boue, notamment pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un générateur de vibrations (33) agit sur l'unité de maintien (37) pour lui appliquer un mouvement oscillant (60) à haute fréquence, agissant sur le corps de siège de soupape (2) et sur la partie mobile (3) de la soupape. 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on peut appliquer sur la partie mobile (3) de la soupape une force par un corps pesant (49, 54) en direction de l'axe du siège de la soupape (10). 5.Procédé pour réaliser des surfaces d'étanchement à qualité de surfaces élevée, notamment pour des soupapes d'injection de carburant destinées à des moteurs à combustion interne, avec au moins un siège d'étanchement prévu sur au moins une partie mobile de la soupape et au moins une surface de siège de soupape réalisée sur au moins un corps de siège de soupape, procédé selon lequel au cours d'une première étape on met en contact le siège d'étanchement de la partie mobile de la soupape avec la surface du siège d'étanchement en mettant en contact un abrasif de rodage à grains fins à l'état de boue à la surface du siège de la soupape, procédé caractérisé en ce qu'au cours d'une seconde étape de procédé, on transmet un mouvement oscillant (60) de fréquence élevée agissant dans la direction d'actionnement de la soupape, sur le corps du siège de soupape (2) et la partie mobile (3) de la soupape. Z635708 6.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'au cours d'une troisième étape on sollicite avec une force (49, 54, 55) la partie mobile (3) de la soupape dans la direction de la surface du siège de soupape.