Brevet FR2848245A1 — publié le 20040611

La présente invention se rapporte à un siège de soupape pour culasse de moteur à combustion interne. Comme cela est connu en soi, les sièges de soupapes d'une culasse permettent d'assurer un bonne étanchéité au gaz de combustion au niveau des 5 contact avec les soupapes ainsi qu'une bonne résistance aux chocs et à l'usure, et de façon plus générale un bon fonctionnement mécanique. Dans le cas des culasses en alliage d'aluminium, le matériau de base de la culasse ne peut résister directement aux sollicitations thermiques et mécaniques (pression de contact, frottement, chocs....) appliquées par les soupapes. Il est donc impératif de placer dans la culasse au niveau de l'interface avec les soupapes, des inserts réalisés dans un matériau présentant des caractéristiques de résistance mécanique suffisantes: les sièges de soupapes. Ces sièges doivent assurer une bonne tenue à l'usure et aux chocs ainsi qu'une bonne étanchéité avec les soupapes mais également une bonne interface 15 thermique et mécanique avec la culasse. Ces sièges de soupapes sont classiquement réalisés dans un matériau résistant aux chocs et à l'usure à haute température (acier, matériau fritté, alliages spécifiques...). Le montage des sièges de soupapes sur la culasse s'effectue actuellement 20 selon trois familles de procédés. Dans la première famille de procédés, on recourt à une liaison mécanique des sièges de soupapes avec la culasse. On peut ainsi soit emmancher les sièges de soupapes dans des logements prévus à cet effet dans la culasse, soit en variante insérer les sièges de soupapes 25 dans le moule de la culasse au cours du processus de fonderie, avant la coulée de l'alliage d'aluminium (voir WO-98/03290). Dans la deuxième famille de procédés, on solidarise les sièges de soupapes avec la culasse au moyen de soudures (voir par exemple US 5 653 377). Dans la troisième famille de procédés, on dépose directement le matériau 30 constitutif des sièges de soupapes sur la culasse sous forme liquide ou pâteuse éventuellement par dépôt laser ou arc à plasma. Après refroidissement, le matériau déposé forme un cordon irrégulier que l'on vient usiner afin d'obtenir la géométrie nécessaire à une bonne interface avec les soupapes (voir par exemple EP 0 092 683). La première famille de procédés permet d'obtenir un montage des sièges de soupapes sur la culasse peu coteux. Par contre, l'interface purement mécanique entre les sièges de soupapes et la culasse induit une résistance thermique de contact qui limite l'échange de chaleur des sièges de soupapes vers la culasse et son système de refroidissement et qui peut entraîner des températures des sièges et des soupapes trop élevées vis-à-vis de leur fiabilité. De plus, l'interface entre les sièges de soupapes et la culasse présente des caractéristiques trop limitées dans la direction tangentielle ou circonférentielle. En outre, ces caractéristiques peuvent varier en fonctionnement en fonction des évolutions des températures et des dilatations thermiques de chaque pièce. Les deuxième et troisième familles de procédés de montage des sièges de soupapes sur la culasse permettent de supprimer les inconvénients susmentionnés. Par contre, ces procédés de montage posent un certain nombre de 15 problèmes au niveau industriel: les moyens nécessaires (soudure, laser, torche à plasma) sont complexes et coteux. De plus, ces procédés sont difficiles à maîtriser et engendrent de nombreux défauts (fissuration des cordons lors du refroidissement, création de cavités en interface....) et des taux de rebuts importants. De ce fait, ces procédés n'ont été utilisés à ce jour d'un point de vue industriel que sur de très petites séries. La présente invention a pour objectif de fournir un siège de soupape pouvant être monté avec un procédé de la première famille susmentionnée, mais ne conduisant pas aux inconvénients inhérents à un tel procédé. On atteint cet objectif de l'invention avec un siège de soupape du type destiné à être relié mécaniquement à une culasse, remarquable en ce qu'il comprend à sa périphérie des moyens pour assurer un frottement important par rapport à ladite culasse. Grâce à ces caractéristiques, un tel siège de soupape peut être monté sur 30 une culasse avec un procédé de la première famille susmentionnée, tout en permettant d'obtenir in fine une meilleure liaison mécanique avec la culasse. Ce siège de soupape permet donc, tout en utilisant des moyens de montage classiques et peu coteux, de s'affranchir des inconvénients inhérents à la première famille de procédés susmentionnée. Suivant d'autres caractéristiques de ce siège de soupape: - lesdits moyens comprennent une rugosité sensiblement homogène sur au moins une partie de ladite périphérie; - lesdits moyens comprennent un moletage d'au moins une partie de ladite périphérie; - lesdits moyens comprennent des rainures formées sur au moins une partie de ladite périphérie, et s'étendant selon une direction sensiblement parallèle à l'axe dudit siège; - lesdites rainures présentent une section choisie dans le groupe comprenant les sections rectangulaire, triangulaire, semi-circulaire et sinusodale, et les sections 10 ayant des profils d'amplitude et/ou de périodicité variables; - lesdites rainures présentent une profondeur variable sur la hauteur dudit siège. La présente invention se rapporte également à un procédé de fabrication d'un siège de soupape conforme à ce qui précède, dans lequel on réalise lesdits moyens 15 de frottement par moulage. La présente invention se rapporte également à un procédé de fabrication d'un siège de soupape conforme à ce qui précède, dans lequel on réalise lesdits moyens de frottement par usinage. La présente invention se rapporte encore à une culasse, remarquable en ce 20 qu'elle comprend au moins un siège de soupape conforme à ce qui précède. La présente invention se rapporte également à un moteur à combustion interne, remarquable en ce qu'il comprend une culasse conforme à ce qui précède. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans 25 lequel: - la figure 1 représente la face feu d'une partie d'une culasse de moteur à combustion interne, et - la figure 2 représente une vue en perspective d'un siège de soupape conforme à l'invention. On se reporte à présent à la figure 1 du dessin annexé sur laquelle on a représenté la partie de la face feu d'une culasse 1 qui est destinée à fermer un cylindre formé dans le bloc d'un moteur à combustion interne (non représenté). Comme cela est connu en soi, la culasse 1 comprend au moins un orifice d'admission 3a, d'échappement 3b, ainsi qu'un orifice 7 destiné à recevoir une 35 bougie ou un injecteur. Des sièges de soupapes 9a et 9b sont logés dans les zones de la culasse 1 définissant les orifices 3a et 3b. La culasse 1 est dimensionnée de manière qu'une certaine quantité de matière sépare d'une part les deux orifices 3a et 3b l'un de l'autre et d'autre part chacun de ces orifices de l'orifice de bougie 7. On désigne couramment par " pontets " les volumes 1la, 11b, 11c définis par cette matière. Comme on peut le voir sur la figure 1, chacun des sièges de soupapes 9a, 9b comporte à sa périphérie des aspérités l3a, 13b. Pour plus de détails, on se rapporte à présent à la figure 2 sur laquelle on voit que ces aspérités peuvent comprendre des rainures formées sur au moins une partie de la périphérie des sièges de soupapes 9a, 9b. On voit sur la figure 2 que ces rainures s'étendent selon une direction sensiblement parallèle à l'axe A du siège de soupape 9. On a représenté sur ces figures des rainures présentant une section sensiblement triangulaire, mais cette section pourrait aussi bien être rectangulaire, semi-circulaire, sinusodale, ou autre: cette section pourrait avoir la forme de courbes présentant des amplitudes et/ou des périodicités variables. De même, on a représenté sur la figure 2 des rainures ne s'étendant que sur 20 une partie de la périphérie du siège de soupape 9, mais ces rainures pourraient aussi bien s'étendre sur la totalité de la périphérie de ce siège de soupape. Selon une première variante non représentée, les rainures 13 pourraient être remplacées par une rugosité sensiblement homogène d'au moins une partie de la périphérie du siège de soupape 9. Selon une deuxième variante non représentée, les rainures 13 pourraient être représentées par un moletage d'au moins une partie de la périphérie du siège de soupape 9. Plus généralement, il faut comprendre que ce qui est important, c'est que la périphérie du siège de soupape 9 présente des moyens permettant d'assurer un 30 frottement important par rapport aux parois des orifices 3a et 3b (voir figure 1) formées dans la culasse 1. Les rainures 13 (voir figure 2) peuvent être formées par moulage ou bien par usinage, et notamment par électro-érosion. Les avantages du siège de soupape qui vient d'être décrit résultent 35 directement de ce qui précède. Comme on peut le comprendre, chacun des sièges de soupapes 9a, 9b (voir figure 1) peut être introduit par des moyens classiques à l'intérieur des logements définis par les orifices 3a et 3b. Grâce aux nervures 13a, 13b, on obtient une meilleure liaison mécanique entre les sièges de soupapes et la culasse 1 que dans la technique antérieure. Cette liaison mécanique améliorée, en particulier dans la direction circonférentielle des sièges de soupapes, permet de mieux lier mécaniquement l'alliage formant la culasse par rapport au siège de soupape, et d'obtenir ainsi un ensemble siège-culasse présentant un comportement mécanique plus homogène, en particulier dans la zone du pontet 11 c. Cette amélioration de liaison permet de rapprocher le comportement des sièges de soupapes 9a, 9b de celui de la culasse environnante 1. De ce fait, les sollicitations mécaniques et thermomécaniques se répartissent de manière plus équilibrée entre les sièges de soupapes 9a, 9b et le pontet 11 c. On peut de la sorte tirer meilleur parti des caractéristiques mécaniques 15 (raideur, résistance...) plus élevées des sièges de soupapes 9a, 9b, et réduire les sollicitations dans le pontet 11 c. Cette réduction de sollicitations au niveau du pontet 11c permet une augmentation de fiabilité pouvant être exploitée de différentes façons. Sur la culasse d'un moteur existant par exemple, les sièges de soupapes 20 selon l'invention permettront à la culasse de supporter une augmentation de puissance sans qu'il soit nécessaire de modifier son dessin. Sur un moteur en développement, à fiabilité égale pour les performances visée, les sièges de soupapes selon l'invention permettent de réduire la largeur du pontet 11c et donc d'augmenter le diamètre des soupapes, d'améliorer le 25 remplissage, et d'augmenter la puissance spécifique. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté fourni uniquement à titre d'exemple illustratif et non limitatif. REVENDICATIONS 1. Siège de soupape (9a, 9b) du type destiné à être relié mécaniquement à une culasse (1), caractérisé en ce qu'il comprend à sa périphérie des moyens (13a, 13b) pour assurer un frottement important par rapport à ladite culasse (1). 2. Siège de soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent une rugosité sensiblement homogène d'au moins une partie de ladite périphérie. 3. Siège de soupape selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent un moletage d'au moins une partie de ladite 10 périphérie. 4. Siège de soupape (9a, 9b) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent des rainures (13a, 13b) formées sur au moins une partie de ladite périphérie, et s'étendant selon une direction sensiblement parallèle à l'axe (A) dudit siège. 5. Siège de soupape (9a, 9b) selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites rainures (13a, 13b) présentent une section choisie dans le groupe comprenant les sections rectangulaire, triangulaire, semicirculaire et sinusodale, et les sections ayant des profils d'amplitude et/ou de périodicité variables. 6. Siège de soupape (9a, 9b) selon l'une des revendications 4 ou 5, 20 caractérisé en ce que lesdites rainures (13a, 13b) présentent une profondeur variable sur la hauteur dudit siège. 7. Procédé de fabrication d'un siège de soupape (9a, 9b) conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on réalise lesdits moyens de frottement (13a, 13b) par moulage. 8. Procédé de fabrication d'un siège de soupape (9a, 9b) conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on réalise lesdits moyens de frottement (13a, 13b) par usinage. 9. Culasse (1), caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un siège de soupape (9a, 9b) conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6. 10. Moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend une culasse (1) conforme à la revendication 9.