Brevet FR3024062A1 — publié le 20160129

PROCEDE ET PRESSE DE FRETTAGE SIMULTANE DES SIEGES DE SOUPAPE DANS UNE CULASSE DE MOTEUR DE VEHICULE AUTOMOBILE AVEC COMPENSATION DE LA FORCE DE PRESSAGE pool La présente invention concerne un procédé de frettage simultané des sièges de soupape dans une culasse de moteur de véhicule automobile ainsi que la presse pour la mise en oeuvre du procédé. Dans ce procédé et par ce dispositif, il est effectué une compensation de la force de pressage afin que chacun des sièges soit correctement fretté dans son logement respectif se trouvant dans le corps de la culasse d'un moteur à combustion interne. [0002] Les guides et les sièges de soupape sont le plus souvent frettés dans un alésage préalablement usiné avec précision dans le corps de la culasse, cet alésage formant le logement du siège, le frettage ayant pour mission, d'une part, d'assurer un bon transfert thermique vers les parois de la culasse et, d'autre part, de garantir le bon positionnement des guides et sièges pour assurer un fonctionnement optimal de la distribution. [0003] La mise en place est en général assurée avec une presse pour exercer l'effort nécessaire à l'emmanchement, assistée dans certains cas par un refroidissement préalable des sièges et/ou guides à l'azote liquide et/ou un préchauffage de la culasse pour les cas où le frettage est important. [0004] Le document FR-A-2 656 247 décrit un tel procédé et une telle presse de frettage pour des sièges de soupape dans un moteur thermique de véhicule automobile. [0005] Pour des raisons de productivité et aussi d'encombrement, en particulier avec la généralisation des culasses à quatre soupapes par cylindre, on a souvent recours à une presse qui emmanche simultanément plusieurs sièges à la fois. [0006] Dans un tel procédé de frettage, il est très important de garantir que chaque siège soit bien plaqué sur le fond de son logement, sans quoi il y a risque qu'en cours de fonctionnement la combinaison des dilatations différentielles entre siège et culasse et les efforts répétés de la soupape retombant sur son siège ne provoquent une migration du siège vers le fond de son logement lorsqu'il n'a pas été plaqué correctement lors de l'assemblage initial de la culasse. [0007] Ainsi, un bon fonctionnement de la distribution nécessite de garantir un positionnement précis de ces pièces entre elles si on veut à la fois respecter au mieux la 3024062 2 loi de levée d'une soupape dictée par la loi de came et réduire le bruit en fonctionnement tout en assurant le jeu minimal nécessaire pour garantir la bonne fermeture de la soupape quelles que soient les conditions de température du moteur et anticiper l'éventuelle usure sur les portées entre siège et soupape. 5 [000s] C'est ainsi qu'il est classique d'adopter un jeu à froid de l'ordre de 0,10 à 0,25mm avec une tolérance de ±0,05mm ou d'utiliser un dispositif de rattrapage hydraulique qui évite l'opération de réglage. [0009] On conçoit aisément qu'il est impératif de garantir que, lors de l'opération d'emmanchement des sièges, ces derniers aient bien été emmanchés à fond dans leur 10 logement, sans quoi il y a risque qu'en fonctionnement, sous l'action combinée de la dilatation différentielle entre l'aluminium de la culasse et l'acier du siège et l'effort axial répété lié à la fermeture de la soupape sur son siège, le siège ne finisse par combler le jeu qui restait entre siège et fond de logement. [001 0] Cela provoquerait une annulation du jeu fonctionnel avec risque important de fuite 15 de la soupape et détérioration rapide de sa portée d'où perte de la compression. [0011] Quand l'entraxe entre les différentes soupapes est suffisant pour implanter un piston de presse individuel pour chaque poste, il est aisé de garantir un plaquage correct de chaque guide en ajustant un niveau d'effort final suffisant pour garantir l'emmanchement même dans le cas des dispersions maximales des pièces impliquées 20 dans le frettage, associé à un contrôle de la course qui garantit que le siège est bien au fond du logement et qu'il n'a pas grippé en cours de route. [0012] Cependant, dans le cas d'un entraxe faible, il n'y a pas toujours possibilité d'implanter deux têtes de presse contiguës et il faut alors réaliser l'emmanchement de deux sièges avec une seule et même presse. 25 [0013] Si le siège n'a pas été plaqué correctement, lors de l'assemblage initial de la culasse, il peut exister un risque de perte du jeu fonctionnel entre poussoir ou basculeur et soupape, si la distribution ne comporte pas de rattrapage hydraulique ou si la migration dépasse la plage de rattrapage hydraulique. Ceci entraîne une perte d'étanchéité de la soupape dont les conséquences sont une perte de performance, un risque important de 30 fusion de la portée sur la soupape voire de non démarrage du moteur. [0014] Par conséquent, le problème à la base de l'invention est de garantir, lors d'un procédé de frettage en parallèle de plusieurs sièges de soupape, chaque siège devant 3024062 3 venir en butée dans un logement respectif d'une culasse de moteur thermique de véhicule automobile, que chacun des sièges de soupape soit systématiquement en appui effectif au fond de son logement à la fin du procédé de frettage. [0015] Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention un procédé de frettage 5 simultané d'au moins deux sièges de soupape, chaque siège étant pressé en butée dans un logement respectif d'une culasse de moteur thermique de véhicule automobile par un nez de presse présentant un support pour chaque siège, le support présentant une zone d'appui sur le siège effectuant une course sous l'action du nez de presse, caractérisé par une liberté de mouvement relatif dans la course des zones d'appui l'une par rapport à 10 l'autre ou les unes par rapport aux autres de sorte que, quand un siège est en butée dans son logement, l'effort de pressage est reporté sur les autres supports et ainsi de suite jusqu'à ce que le dernier siège associé soit en butée au fond de son logement. [0016] L'effet technique est de procéder à un frettage sous presse garantissant que chacun des sièges de soupape est systématiquement en appui au fond de son logement. 15 Cela est obtenu par une course différentielle entre les différents supports installés sur la presse. Cela a été rendu possible en intégrant au niveau de chaque support installé sur la presse un dispositif mécanique, soit avec une partie commune à tous les supports soit individuel pour chaque support, permettant une individualisation du mouvement au niveau de chacun des sièges de soupape à fretter. 20 [0017] Avantageusement, l'effort de pressage est reporté par un système mécanique reliant tous les supports ou propre à chaque support, un siège arrivant en butée au fond de son logement provoquant un enfoncement de sa zone d'appui dans le nez de presse et l'arrêt de sa descente alors que les zones d'appui des autres supports continuent leur descente jusqu'à ce que tous les sièges arrivent en butée. 25 [0ols] Avantageusement, les supports sont rappelés par le système mécanique vers leur position de mi-course au début du procédé de frettage. [0019] L'invention concerne aussi une presse pour la mise en oeuvre d'un tel procédé de frettage présentant un nez de presse transmettant une pression à des supports d'un siège respectif, caractérisée en ce que chaque support est monté coulissant par rapport au nez 30 de presse en présentant une tête tournée vers le nez de presse opposée à une zone d'appui du support sur le siège respectif, les supports étant associés à un élément de compensation de la force de pressage pressant sur la tête de chaque support ou à des éléments de compensation de la force de pressage pressant chacun sur la tête d'un 3024062 4 support respectif de manière à répartir également sur les supports l'effort généré par la presse. [0020] Avantageusement, quand il est prévu plusieurs éléments de compensation pressant sur un support respectif, chacun des éléments de compensation est sous la 5 forme d'au moins un ressort précontraint taré avec une précontrainte minimale supérieure à l'effort maximal de frettage sur un siège. [0021] Avantageusement, la presse comprend au moins deux supports, l'élément de compensation étant sous la forme d'un bras pivotant présentant au moins deux extrémités associées respectivement à la tête d'un support, le bras étant pivotant autour d'un axe 10 médian dans un mouvement de rapprochement ou d'éloignement de ses extrémités des sièges. [0022] Avantageusement, chaque support présente une portion cylindrique reliant la tête à la zone d'appui. [0023] Avantageusement, il est prévu un ressort entourant à distance la portion 15 cylindrique et poussant la tête vers le nez de presse. [0024] Avantageusement, il est prévu un carter logeant les supports et leur(s) élément(s) associé(s), ce carter étant indexé par rapport au nez de presse par au moins un élément de positionnement. [0025] Avantageusement, le carter est solidarisé au nez de presse par des moyens de 20 fixation. [0026] D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'une coupe longitudinale d'une 25 presse de frettage avec les sièges de soupape à fretter positionnés sur la presse, la presse étant selon l'état de la technique, - la figure 2 est une représentation schématique d'une demi-coupe longitudinale d'une presse de frettage avec les sièges à fretter positionnés sur la presse, la presse étant conforme à la présente invention, 30 - la figure 3 est une représentation schématique d'une vue de dessus d'une portion d'une presse de frettage selon la présente invention avec un siège positionné sur la presse, 3024062 5 - la figure 4 est une représentation schématique d'une vue de face d'un bras servant comme élément de compensation de la force de pressage d'une presse selon la présente invention, - la figure 5 est une représentation schématique d'une vue de dessus d'un bras 5 servant comme élément de compensation de la force de pressage d'une presse selon la présente invention. [0027] Il est à garder à l'esprit que les figures sont données à titre d'exemples et ne sont pas limitatives de l'invention. Elles constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l'invention et ne sont pas 10 nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les dimensions des différents éléments illustrés ne sont pas représentatives de la réalité. [0028] La figure 1 montre une presse de frettage selon l'état de la technique. A cette figure, il est montré une presse pour la mise en oeuvre d'un procédé de frettage simultané d'au moins deux sièges 1 de soupape. Il se peut que le siège 1 de soupape soit couplé 15 avec un guide 2 lors du pressage mais ceci n'est pas obligatoire. Ceci est aussi valable pour une presse conforme à la présente invention. [0029] Chaque siège 1 est pressé en butée dans un logement respectif d'une culasse de moteur thermique de véhicule automobile par un nez 5 de presse présentant un support 4, 4a ou embout pour chaque siège 1. Le support 4, 4a présente une zone d'appui sur le 20 siège 1 effectuant une course sous l'action du nez 5 de presse. Chaque support 4, 4a peut être fixé au nez 5 de presse par un insert 10, 10a respectif. [0030] Selon cet état de la technique, le nez 5 de presse est rigide, c'est-à-dire qu'il n'y pas dans la presse un quelconque dispositif qui permette de garantir que chacun des sièges 1 soit systématiquement en appui au fond de son logement, c'est-à-dire permettre 25 une course différentielle entre les deux supports 4, 4a installés sur la presse. [0031] En comparant la figure 2 d'une presse selon la présente invention avec la presse de l'état de la technique montré en figure 1, dans le procédé de frettage selon l'invention d'au moins deux sièges 1 de soupape, il existe une liberté de mouvement relatif dans la course des zones d'appui 6, 6a des supports 14, 14a l'une par rapport à l'autre, quand il 30 n'y a que deux supports 14, 14a, ou les unes par rapport aux autres, quand il y a plus de deux supports 14, 14a. [0032] Ainsi, quand un siège 1 est en butée dans son logement pour un support 14, 14a respectif, l'effort de pressage est reporté sur les autres supports 14, 14a et ainsi de suite 3024062 6 jusqu'à ce que le dernier siège 1 associé soit en butée au fond de son logement, la liberté de mouvement relatif étant obtenue mécaniquement. [0033] A la figure 2, il est montré deux supports 14, 14a ce qui n'est pas limitatif, ce nombre de support 14, 14a pouvant être supérieur. 5 [0034] Selon une forme de réalisation de la présente invention, l'effort de pressage est reporté par un système mécanique 15 reliant tous les supports 14, 14a, un siège 1 arrivant en butée au fond de son logement provoquant un enfoncement de sa zone d'appui 6, 6a dans le nez 5 de presse et l'arrêt de sa descente alors que les zones d'appui 6, 6a des autres supports 14, 14a continuent leur descente jusqu'à ce que tous les sièges 1 arrivent 10 en butée. [0035] Dans une autre forme de réalisation de la présente invention, il peut être adjoint un système mécanique pour chaque support, les systèmes mécaniques étant indépendants les uns des autres. Cette deuxième forme n'est pas montrée aux figures et n'est pas préférée. Les systèmes mécaniques sont avantageusement sous forme de 15 ressorts. [0036] Avantageusement, les supports 14, 14a sont rappelés par le système mécanique vers leur position de mi-course de leur support 14, 14a au début du procédé de frettage. [0037] Un système mécanique selon la première forme peut s'apparenter à un dispositif de palonnier hydraulique. La contribution des formes de réalisation de la présente 20 invention à l'état de la technique consiste à remplacer chacun des deux supports 4, 4a de siège rigides installés au nez 5 de la presse, comme montré à la figure 1, par un ou plusieurs systèmes mécaniques assurant à tout moment une compensation de la pression entre les deux supports 14, 14a, comme par exemple montré à la figure 2. [0038] En se référant aux figures 2 à 5, une presse pour la mise en oeuvre d'un procédé 25 de frettage avec un nez 5 de presse transmettant une pression à des supports 14, 14a d'un siège 1 de soupape respectif présente chacun de ces supports 14, 14a monté coulissant par rapport au nez 5 de presse. [0039] Chaque support 14, 14a présente une tête 17a tournée vers le nez 5 de presse opposée à une zone d'appui 6, 6a du support 14, 14a sur le siège 1 respectif. Les 30 supports 14, 14a sont associés à un élément de compensation 15 pressant sur la tête 17a de chaque support 14, 14a de manière à répartir également sur les supports 14, 14a 3024062 7 l'effort généré par la presse, selon cette première forme de réalisation montrée aux figures et qui n'est pas limitative. [0040] Alternativement, comme précédemment mentionné, selon une deuxième forme de réalisation non montrée aux figures, il peut être prévu plusieurs éléments de 5 compensation pressant chacun sur la tête d'un support respectif. Par exemple, chacun des éléments de compensation peut être sous la forme d'au moins un ressort précontraint taré avec une précontrainte minimale supérieure à l'effort maximal de frettage sur un siège. [0041] La première forme de réalisation qui est la forme préférentielle de la présente invention va maintenant être décrite en regard des figures 1 à 5. 10 [0042] L'élément de compensation 15 mécanique montré dans cette forme de réalisation s'apparente à un palonnier mécanique. Selon cette forme, il est remplacé chacun des deux supports de siège rigides, référencés 4, 4a à la figure 1, installés au nez 5 de la presse par deux supports 14, 14a de siège coulissants et mobiles l'un par rapport à l'autre, montrés en particulier à la figure 2. 15 [0043] Ces deux supports 14, 14a sont coulissants dans un carter 5b les logeant et fixé en nez 5 de presse par des moyens de fixation 18, avantageusement après que le carter 5b ait été indexé par rapport au nez 5 de presse par au moins un élément de positionnement 19. [0044] Dans cette forme de réalisation qui ne comprend que deux supports 14, 14a, 20 l'élément de compensation pivotant est sous la forme d'un bras 15 pivotant. Ce bras présente deux extrémités associées respectivement à la tête 17a d'un support 14, 14a. Le bras 15 est pivotant autour d'un axe médian 20 logé partiellement dans une rainure 20a portée par la face supérieure du bras 15, le pivotement se faisant dans un mouvement de rapprochement ou d'éloignement des extrémités du bras 15 par rapport aux sièges 1. 25 [0045] Les figures 4 et 5 montrent un mode de réalisation d'un tel bras 15 pivotant de forme légèrement incurvée à ses extrémités vers les supports. Le bras 15 comporte dans sa portion médiane une rainure 20a s'étendant transversalement dans le bras 15 à égale distance des deux extrémités du bras 15. Comme montré à la figure 2, c'est dans cette rainure 20a que pénètre l'axe 20 de pivotement du bras 15, cet axe 20 étant solidarisé au 30 carter 5b du nez 5 de presse. [0046] Pour un meilleur appui médian du bras 15 par sa rainure 20a sur l'axe 20, appui qui doit résister de manière répétée aux efforts de fin de cycle de la presse, l'axe 20 est en 3024062 8 appui transversal sur la face supérieure du bras 15 plutôt que simplement tenu à ses deux extrémités, ce qui permet d'éviter le fléchissement de l'axe 20. [0047] En se référant aux figures 2 à 5, lors d'une opération de frettage, si la configuration de positionnement des sièges 1 est identique sur les deux supports 14, 14a 5 et si les ajustements et coefficients de frottement sont similaires, pendant la première partie de la course d'emmanchement, les deux supports 14, 14a vont rester sensiblement dans un même plan et les sièges 1 vont descendre simultanément. [0048] Par contre, en fin de cycle, lorsque le premier siège arrive en butée dans le fond de son logement, le support 14 ou 14a correspondant refuse alors de descendre tandis 10 que la presse continue sa course. [0049] De par le jeu du bras 15 en tant que palonnier du système mécanique, c'est le second siège qui descend alors sensiblement à une vitesse double de la presse puisqu'en raison du blocage du premier siège déjà en bout de course le palonnier sous la forme du bras 15 présente une démultiplication du mouvement de la presse vers le second siège. 15 Cela continue jusqu'à ce que ce second siège vienne à son tour en butée dans le fond de son logement. [0050] A partir de là, le mouvement va s'arrêter et provoquer une montée rapide de la pression dans la presse qui va déclencher la fin du cycle et la remontée des supports 14, 14a de siège. Compte tenu des dispersions d'usinage pratiquées sur ces supports 14, 20 14a, le phénomène n'intervient que dans les tout derniers dixièmes de millimètres de course de la presse. [0051] Cela garantira cependant que chacun des sièges 1 est bien en contact avec le fond de son logement et que l'effort de plaquage est sensiblement identique entre tous les sièges 1 et égal à la moitié de l'effort atteint en fin de cycle par la presse. 25 [0052] Pour éviter un jeu parasite dans l'ensemble formé des supports 14, 14a, un ressort 16a peut être disposé dans chacun des supports coulissants 14, 14a de manière à ce qu'ils restent toujours en contact avec le bras 15 et qu'ils reviennent sensiblement au milieu de leur course quand l'ensemble est au repos. [0053] Dans ce mode de réalisation, chaque support 14, 14a présente une portion 30 cylindrique 21a reliant la tête 17a à la portion de pressage 6a. Le ressort 16a précédemment mentionné peut entourer à distance la portion cylindrique 21a pour le rappel du support 14, 14a vers sa position de mi-course et pousse par une extrémité la 3024062 9 tête 17a vers le nez 5 de presse pour le rappel du support 14, 14a vers sa position de mi-course et est en appui par l'autre extrémité sur une portion interne inférieure du carter 5b. [0054] L'utilisation d'un bras en tant que palonnier et système mécanique commun aux supports peut cependant être valable pour un nombre de supports supérieur à deux. 5 Cependant, dans ce cas, la vitesse n'est plus doublée mais augmentée en prenant en compte le nombre de supports continuant leur course. [0055] Dans ce mode de réalisation, le bras peut comprendre plusieurs branches symétriques en partant de l'axe médian. L'axe médian est de préférence en contact sensiblement ponctuel avec le bras ou du type boule tournant dans une cuvette portée par 10 le bras plutôt que disposé transversal au bras. Le bras présente alors avantageusement une forme étoilée avec autant de branches qu'il y a de supports. Cette forme de réalisation alternative n'est pas montrée aux figures. [0056] Comme les efforts d'emmanchement restent conséquents, couramment de l'ordre de 7.000N par siège 1 et même de 20.000N pour une combinaison d'un siège 1 et d'un 15 guide 2 et que l'encombrement est par construction limité puisqu'il faut loger le montage dans l'entraxe des sièges 1, les supports 14, 14a coulissants peuvent être dimensionnés avec un encombrement réduit mais de manière robuste pour supporter des pressions de contact élevées avec le nez de presse. [0057] Ceci peut nécessiter d'avoir recours à des aciers traités avec durcissement de 20 surface pour éviter l'usure et le grippage et l'ensemble formé par la presse, le nez 5 de presse, le carter 5b et les supports 14, 14a est avantageusement graissé. [0058] Le principal avantage de la présente invention est d'assurer un bon plaquage des sièges de soupape dans leur logement dans la culasse et donc d'éliminer les pertes de jeux fonctionnels liées à une migration ultérieure du siège en fonctionnement. 25 [0059] Cela autorise un assouplissement des tolérances de profondeur d'usinage des logements et des tolérances de hauteur des sièges avant emmanchement, donc un travail de préparation des logements moins exigeant et réduit, dans la mesure où l'usinage final de la portée du siège est toujours réalisé après emmanchement et permettra de compenser ces dispersions. 30 [0060] L'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples. REVENDICATIONS1. Procédé de frettage simultané d'au moins deux sièges (1) de soupape, chaque siège (1) étant pressé en butée dans un logement respectif d'une culasse de moteur thermique de véhicule automobile par un nez (5) de presse présentant un support (14, 14a) pour chaque siège (1), le support (14, 14a) présentant une zone d'appui (6, 6a) sur le siège (1) effectuant une course sous l'action du nez (5) de presse, caractérisé par une liberté de mouvement relatif dans la course des zones d'appui (6, 6a) l'une par rapport à l'autre ou les unes par rapport aux autres de sorte que, quand un siège (1) est en butée dans son logement, l'effort de pressage est reporté sur les autres supports (14, 14a) et ainsi de suite jusqu'à ce que le dernier siège (1) associé soit en butée au fond de son logement. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'effort de pressage est reporté par un système mécanique reliant tous les supports (14, 14a) ou propre à chaque support (14, 14a), un siège (1) arrivant en butée au fond de son logement provoquant un enfoncement de sa zone d'appui (6, 6a) dans le nez (5) de presse et l'arrêt de sa descente alors que les zones d'appui (6, 6a) des autres supports (14, 14a) continuent leur descente jusqu'à ce que tous les sièges (1) arrivent en butée. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel les supports (14, 14a) sont rappelés par le système mécanique vers leur position de mi-course au début du procédé de frettage. 4. Presse pour la mise en oeuvre d'un procédé de frettage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, présentant un nez (5) de presse transmettant une pression à des supports (14, 14a) d'un siège (1) respectif, caractérisée en ce que chaque support (14, 14a) est monté coulissant par rapport au nez (5) de presse en présentant une tête (17a) tournée vers le nez (5) de presse opposée à zone d'appui (6, 6a) du support (14, 14a) sur le siège (1) respectif, les supports (14, 14a) étant associés à un élément de compensation (15) pressant sur la tête (17a) de chaque support (14, 14a) ou à des éléments de compensation pressant chacun sur la tête (17a) d'un support respectif (14, 14a) de manière à répartir également sur les supports (14, 14a) l'effort généré par la presse. 5. Presse selon la revendication 4, dans laquelle, quand il est prévu plusieurs éléments de compensation pressant sur un support respectif (14, 14a), chacun des éléments de 3024062 11 compensation est sous la forme d'au moins un ressort précontraint taré avec une précontrainte minimale supérieure à l'effort maximal de frettage sur un siège (1). 6. Presse selon la revendication 4, laquelle comprend au moins deux supports (14, 14a), l'élément de compensation étant sous la forme d'un bras (15) pivotant présentant au 5 moins deux extrémités associées respectivement à la tête (17a) d'un support (14, 14a), le bras (15) étant pivotant autour d'un axe médian (20) dans un mouvement de rapprochement ou d'éloignement de ses extrémités des sièges (1). 7. Presse selon la revendication 6, dans laquelle chaque support (14, 14a) présente une portion cylindrique (21a) reliant la tête (17a) à la zone d'appui (6, 6a). 10 8. Presse selon la revendication 7, dans laquelle il est prévu un ressort (16a) entourant à distance la portion cylindrique (21a) et poussant la tête (17a) vers le nez (5) de presse pour le rappel du support (14, 14a) vers sa position de mi-course. 9. Presse selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, dans laquelle il est prévu un carter (5b) logeant les supports (14, 14a) et leur(s) élément(s) de compensation (15) 15 associé(s), ce carter (5b) étant indexé par rapport au nez (5) de presse par au moins un élément de positionnement (19). 10. Presse selon la revendication 9, dans laquelle le carter (5b) est solidarisé au nez (5) de presse par des moyens de fixation (18). 20