Brevet FR2790034A1 — publié le 20000825

I L'invention concerne un dispositif de fixation pour relier une cuvette de ressort de soupape à une tige de soupape, comprenant un manchon de blocage qui agit radialement sur la tige et bloque axialement la cuvette de ressort sur la tige à l'encontre de la force d'un ressort de soupape, la cuvette étant maintenue coulissante sur la tige, laquelle présente, au moins dans la zone du manchon de blocage, une surface latérale cylindrique continue. Par le document DE 42 07 213 Al, on connaît une liaison entre la tige d'une soupape d'un moteur à combustion interne et une cuvette de ressort qui forme un appui pour un ressort de soupape. La cuvette, maintenue sur la tige, est empêchée de se déplacer axialement sur elle au moyen d'un cône de blocage en forme de manchon ayant un contour extérieur conique, qui est enfilé sur la tige et engagé dans un logement cylindrique centré de la cuvette. Le cône de blocage est disposé sur le côté éloigné du ressort de soupape de la liaison entre la cuvette et la tige de soupape; à la fois le cône et la cuvette sont maintenus axialement immobiles sur la tige de soupape en position de serrage du cône. Cette fixation a l'inconvénient que le détachement du cône de blocage de sa position de serrage est seulement possible difficilement parce que son contour extérieur conique est maintenu avec une grande force de serrage dans le logement de la cuvette de ressort et qu'il y a un risque de grippage. Un ajustement de la cuvette à effectuer après le montage, par exemple à la suite d'usure, est de ce fait rendu plus difficile. L'invention vise à créer un dispositif de fixation qui soit fiable pendant une longue durée de fonctionnement, ainsi que facile à monter et à démonter, entre une cuvette de ressort et une tige de soupape d'un moteur à combustion interne. En particulier, le dispositif de fixation doit pouvoir être positionné de façon continue et par un faible effort sur la tige. De plus, il serait opportun que le dispositif de fixation puisse être chargé axialement dans les deux sens. Conformément à l'invention, on obtient ce résultat par le fait que le manchon de blocage est fait d'un alliage à mémoire de forme. Le manchon de blocage, retenant la cuvette de ressort sur la tige de soupape en empêchant sa perte, est exclusivement maintenu par force sur la tige. Ceci permet de réaliser la tige de soupape avec une surface latérale non interrompue, continue, sans rainures ou saillies, ce qui évite d'une part tout affaiblissement de la tige, de sorte que celle-ci est capable de transmettre en particulier des forces axiales plus élevées, et permet d'autre part une fabrication plus simple et plus économique de la tige. Le montage du dispositif de fixation est simplifié en plus. Il s'y ajoute que le dispositif de fixation présente un faible encombrement. La cuvette de ressort peut être ajustée de façon continue sur la tige de soupape et fixée en toute position axiale sur elle, ce qui permet un positionnement exact de la tige et de la tête de soupape avec elle. Le dispositif de fixation selon l'invention convient en particulier pour des commandes électromagnétiques de soupapes dans lesquelles un moyen de positionnement électromagnétique, agissant sur la tige, doit être ajusté dans une position médiane entre deux électroaimants et dans lesquelles du jeu éventuellement produit, des dilatations thermiques, de l'usure, et ainsi de suite, doivent être compensés. Un autre avantage provient de ce que les propriétés avantageuses de l'alliage à mémoire de forme sont exploitables pour la réalisation d'une liaison plus sûre. Les alliages à mémoire de forme se caractérisent en ce que leurs propriétés mécaniques peuvent être modifiées dans une plage étendue par l'influence de la température ou une contrainte extérieure. Cet effet peut être mis à profit pour créer une fixation à haute force de serrage et pouvant néanmoins être défaite ensuite à tout moment. Il est possible en particulier d'exploiter aussi bien l'effet de ce qu'on appelle la mémoire de forme supprimée que l'effet de la "superélasticité" de l'alliage. On emploie de préférence des alliages nickel-titane, éventuellement aussi des alliages nickel-titane-cuivre. On peut cependant utiliser aussi des alliages à mémoire de forme à base de cuivre ou de fer. Dans le cas de la mémoire de forme supprimée, le manchon de blocage - dont le diamètre intérieur est plus petit que le diamètre extérieur de la tige de soupape - est élargi à une température à laquelle se forme une structure martensitique ayant une consistance relativement douce, l'élargissement étant produit par une action mécanique et effectué dans le domaine plastique, jusqu'à ce que le manchon puisse être enfilé sans problème et pratiquement sans effort sur la tige. La température est ensuite augmentée au-delà de la température de manoeuvre de la tige de soupape, avec le résultat que le manchon de blocage se contracte par la trans- formation de sa structure en une structure austénitique et a tendance à reprendre sa forme d'origine. Pour des raisons de fiabilité fonctionnelle, la retransformation d'austénite en martensite doit seulement commencer aux basses températures, afin que la force de rappel au sein du manchon de blocage et sous la forme d'une forte contrainte radiale soit disponible avec certitude pour que la cuvette de ressort puisse être fixée sur la tige de la soupape. Cette exigence relative aux températures est satisfaite pas des alliages à mémoire de forme cryogéniques. Pour défaire la liaison, le manchon de blocage est refroidi à l'azote liquide ou par d'autres fluides frigorigènes, avec le résultat que la structure martensitique plus douce s'établit de nouveau, la contrainte radiale est supprimée et le manchon peut être retiré. Il est possible aussi d'utiliser des alliages à mémoire de forme ayant une hystérésis élargie. Ceux-ci possèdent, à la température ambiante, une structure martensitique qui est douce et bien déformable, ce qui permet l'élargissement du manchon de blocage à la température ambiante. Le manchon est ensuite enfilé sur la tige de soupape, à la température ambiante et à l'état élargi, sans frottement et sans que cette opération demande un effort, puis échauffé à 1650C, ce qui produit la transformation de la structure en austénité dure. De ce fait, le manchon tente de se contracter de nouveau à sa cote initiale et développe ainsi une contrainte radiale qui le maintient par force sur la tige. Cette contrainte est seulement supprimée de nouveau lors de la retransformation d'austénite en martensite, ce qui se produit seulement à - 120 dans le cas des alliages à mémoire de forme ayant une hystérésis élargie. À la place de l'effet de la mémoire de forme supprimée, on peut exploiter aussi l'effet de la superélasticité. Celle-ci se caractérise par un comportement élastique du matériau, jusqu'à un allongement de 8 % environ, sans variation de température. En tant que matériau, il est opportun d'utiliser également un alliage à mémoire de forme qui est austénitique à la température ambiante et soumis à un élargissement pour l'enfilage sur la tige de soupape. Cette liaison peut être défaite, comme dans le cas d'un alliage à mémoire de forme supprimée, par refroidissement du manchon de blocage jusqu'au-dessous de la température à laquelle l'austénite s'est complètement transformée en martensite. Selon un mode de réalisation préféré du dispositif de fixation selon l'invention, le manchon de blocage est réalisé comme une pièce d'un seul tenant qui entoure la tige complètement dans la direction circonférentielle. Selon un développement avantageux, le dispositif de fixation comprend une pièce de serrage, notamment de forme conique, qui est disposée sur la tige de soupape et par-dessus de laquelle est enfilée la cuvette de ressort. Le manchon de blocage est glissé et maintenu sur la tige du côté de la cuvette se trouvant à l'opposé du ressort de soupape, de sorte que ce ressort presse la cuvette contre la pièce de serrage et que cette pièce est immobilisée axialement par le manchon de blocage. Dans cette exécution, il suffit de réaliser ce manchon comme une simple bague de blocage disposée à l'extrémité située axialement à l'extérieur de la tige de soupape. Des mode de mise en oeuvre préféré de l'invention se caractérisent en ce que le manchon de blocage est fait d'un alliage à mémoire de forme qui est austénitique à la température de fonctionnement et en ce que ce manchon est fabriqué d'un alliage à mémoire de forme par frittage. Il peut être opportun de réaliser la pièce de serrage et le manchon de blocage sous la forme d'une pièce d'un seul tenant en alliage à mémoire de forme. Le nombre de pièces est ainsi diminué, et le montage et le démontage sont simplifiés. Selon un développement de l'invention, le manchon de blocage est fixé de façon imperdable à la cuvette de ressort, en particulier par soudage, brasage, et ainsi de suite. De plus, il peut être indiqué de fabriquer toute la cuvette, y compris le manchon de blocage formé sur elle, d'un alliage à mémoire de forme. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: les Figures la à ld montrent un premier exemple de réalisation à cuvette de ressort, pièce de serrage et manchon de blocage en différentes positions de montage; - les Figures 2a à 2c montrent un deuxième exemple de réalisation avec une pièce de serrage et un manchon de blocage réunis en une seule pièce; - les Figures 3a à 3c montrent un troisième exemple de réalisation avec une cuvette de ressort simplifiée et un manchon de blocage; et - les Figures 4a et 4b montrent un quatrième exemple de réalisation avec une cuvette de ressort et un manchon de blocage réunis en une seule pièce. Dans les exemples représentés sur les Figures la à 4b, des pièces identiques sont pourvues des mêmes références. Tous les exemples montrent la liaison entre la tige d'une soupape d'admission ou d'échap- pement et une cuvette de ressort de soupape pour un moteur à combustion interne. Dans le premier exemple de réalisation, montré par les Figures la à ld, le dispositif de fixation comprend un manchon de blocage 1 et une pièce de serrage 2 pour relier une tige de soupape 4 à une cuvette de ressort de soupape 3. Le manchon de blocage 1 est réalisé dans cet exemple comme une bague de blocage et est fait d'un alliage à mémoire de forme. La pièce de serrage 2 possède une surface latérale conique dont le plus petit rayon est légèrement inférieur et le plus grand rayon est supérieur au rayon de la surface latérale intérieure cylindrique de l'ouverture de la cuvette 3 formant logement pour la pièce de serrage, de sorte que la cuvette 3 peut être glissée et bloquée sur cette pièce. La pièce de serrage 2 de cet exemple est composée de deux moitiés séparées qui sont mises ensemble pour constituer un composant en forme de manchon que l'on peut insérer dans le logement formé par la cuvette de ressort 3. En raison de sa division en deux moitiés, le composant formant pièce de serrage est radialement élastique. La cuvette de ressort 3 est composée d'une plaque d'appui 5 radialement élargie, servant à appuyer un ressort agissant sur la soupape, ainsi que d'un manchon guide 6 qui est à peu près cylindrique et présente un diamètre intérieur un peu plus grand que le diamètre de la tige de soupape 4 et permet par conséquent le glissement à peu près sans frottement de la cuvette 3 sur la tige 4. La plaque d'appui 5 et le manchon guide 6 de la cuvette 3 de cet exemple sont réalisés en une seule pièce. Il est cependant possible aussi de les fabriquer sous forme de deux pièces. De plus, le manchon guide peut être relié de façon imperdable à la plaque d'appui 5 et être fait, de façon identique au manchon de blocage 1, d'un alliage à mémoire de forme. La surface latérale de la tige 4 est cylindrique sur toute son étendue et ne présente pas de discontinuités sous la forme de rainures constituant des creux radiaux ou des saillies radiales, de sorte que la cuvette de ressort peut glisser sans entraves sur la tige. Il peut éventuellement être opportun aussi de doter la cuvette de ressort 3 d'un cône intérieur adapté à la pièce de serrage 2, tout au moins dans la zone de la plaque d'appui 5, de sorte qu'une application par une grande surface du cône intérieur contre la surface latérale de la pièce de serrage - avec un assise optimale, immuable et non inclinée - est assurée. Comme on peut le voir d'après le déroulement du montage selon les Figures la à ld, on glisse d'abord la cuvette 3 sur la tige de soupape 4, on introduit ensuite la pièce de serrage 2 conique par son plus petit rayon à l'avant dans l'évidement de la cuvette 3 et on enfile enfin le manchon de blocage 1 comme dernière pièce sur l'extrémité axiale adjacente de la tige 4, c'est-à-dire sur le côté de cette tige se trouvant à l'opposé du ressort de soupape. Le manchon de blocage, fait d'un alliage à mémoire de forme, possède ou bien des propriétés cryogéniques ou alors présente à la température ambiante une structure austénitique, auquel cas, avant qu'il ne soit glissé sur la tige de soupape, ce manchon est d'abord transformé en martensite et élargi, puis il est transformé en austénite plus dure pour qu'il se fixe sous une forte contrainte de serrage sur la tige de soupape. La cuvette 3 et la pièce de serrage 2 sont maintenues exclusivement sur la tige 4 par le manchon de blocage 1, lequel est fixé sur la tige de soupape par force, à savoir par une force de serrage dirigée radialement vers l'intérieur. Dans le deuxième exemple, montré par les Figures 2a à 2c, le manchon de blocage 1 est réalisé en même temps comme pièce de serrage en ce sens que ces deux composants sont fabriqués sous la forme d'une seule pièce, laquelle est faite d'un alliage à mémoire de forme. La surface latérale du manchon de blocage possède une forme conique et, à sa position montée, ce manchon est inséré dans l'ouverture formant logement de la cuvette 3 en bloquant celle-ci en direction axiale. Au cas o la plaque d'appui 5 est reliée au manchon guide 6, comme mentionné précédemment, la liaison peut être exécutée par soudage ou brasage. Il est possible aussi de former la plaque d'appui 5 et le manchon guide d'une pièce d'un seul tenant faite d'un alliage à mémoire de forme. Selon les Figures 3a à 3c, la cuvette de ressort 3 comporte seulement une plaque d'appui 5, à peu près en forme de disque, et une courte tubulure, mais pas de manchon guide pour le guidage de la cuvette sur la tige de soupape 4. Le manchon de blocage 1 de cet exemple possède opportunément une surface latérale cylindrique dont le diamètre est adapté à l'ouverture formant logement de la cuvette 3. Au montage, le manchon de blocage 1 est introduit dans cette ouverture de la cuvette et relié de façon fixe à celle-ci, en particulier par soudage par friction, soudage par rayon laser, soudo-brasage ou un procédé analogue. L'ensemble formé de la cuvette 3 et du manchon de blocage 1 est - en cas d'utilisation d'un alliage presentant une structure austénitique à la température ambiante refroidi à basse température et élargi puis positionné sur la tige de soupape 4. À mesure que la température s'élève ensuite, le manchon de blocage i tente de reprendre son état d'origine, auquel est lié un plus petit rayon, ce qui génère la force de serrage radiale. Dans cet exemple, le manchon de blocage présente une dimension axiale relativement grande, de sorte qu'il peut glisser sur la tige de soupape en étant bien guidé; en plus de sa fonction de fixation, le manchon de blocage de cet exemple assure donc aussi les fonctions du manchon guide. Selon les Figures 4a et 4b, le manchon de blocage 1 et la cuvette de ressort 3 sont assemblés en une pièce commune faite d'un alliage à mémoire de forme qui est positionnée et bloquée sur la tige de soupape 4. Cette exécution est remarquable en ce sens qu'elle permet le montage le plus simple puisqu'il suffit d'une seule pièce pour le dispositif de fixation. REVENDICATIONS 1. Dispositif de fixation pour relier une cuvette de ressort de soupape (3) à une tige de soupape (4), comprenant un manchon de blocage (1) qui agit radialement sur la tige (4) et bloque axialement la cuvette (3) sur la tige (4) à l'encontre de la force d'un ressort de soupape, la cuvette (3) étant maintenue coulissante sur la tige (4), laquelle présente, au moins dans la zone du manchon de blocage (1), une surface latérale cylindrique continue, caractérisé en ce que le manchon de blocage (1) est fait d'un alliage à mémoire de forme. 2. Dispositif de fixation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon de blocage (1) est réalisé comme une pièce d'un seul tenant qui entoure la tige (4) complètement dans la direction circonférentielle. 3. Dispositif de fixation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une pièce de serrage (2), immobilisant la cuvette (3) axialement, est disposée sur la tige (4), et que le manchon de blocage (1) est maintenu sur le côté de la tige (4) éloigné du ressort de soupape. 4. Dispositif de fixation selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pièce de serrage (2) et le manchon de blocage (1) forment une pièce d'un seul tenant. 5. Dispositif de fixation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la cuvette (3) présente une plaque d'appui (5) élargie radiale- ment pour appuyer le ressort de soupape. 6. Dispositif de fixation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la cuvette (3) présente un manchon guide (6) cylindrique. 7. Dispositif selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le manchon guide (6) est réalisé d'un seul tenant avec la plaque d'appui (5). 8. Dispositif de fixation selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le manchon guide (6) et la plaque d'appui (5) sont réalisés sous la forme de deux pièces. 9. Dispositif de fixation selon la revendication 8, caractérisé en ce que le manchon guide (6) est fait, de façon identique au manchon de blocage (1), d'un alliage à mémoire de forme. 10. Dispositif de fixation selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le manchon guide (6) est relié de façon imperdable à la plaque d'appui (5). 11. Dispositif de fixation selon la revendication 10, caractérisé en ce que la plaque d'appui (5) est soudée ou brasée sur le manchon guide (6). 12. Dispositif de fixation selon la revendication 10, caractérisé en ce que la plaque d'appui (5) et le manchon guide (6) forment une pièce d'un seul tenant faite d'un alliage à mémoire de forme. 13. Dispositif de fixation selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le manchon de blocage (1) est fait d'un alliage à mémoire de forme ayant une hystérésis élargie. 14. Dispositif de fixation selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le manchon de blocage (1) est fait d'un alliage à mémoire de forme qui est austénitique à la température de fonctionnement. 15. Dispositif de fixation selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le manchon de blocage (1) est fabriqué d'un alliage à mémoire de forme par frittage. 16. Dispositif de fixation selon l'une des revendications là 12, caractérisé en ce que le manchon de blocage (1) est fait d'un alliage nickel-titane. 17. Dispositif de fixation selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le manchon de blocage (1) est fait d'un alliage à base de cuivre. 18. Dispositif de fixation selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le manchon de blocage (1) est fait d'un alliage à base de fer.