Brevet FR3055030A1 — publié le 20180216

SIEGE DE SOUPAPE AMELIORE Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un moteur thermique de véhicule automobile. La présente invention concerne un système d'admission d'air d'un moteur thermique. La présente invention concerne plus particulièrement une bague de siège de soupape pour un conduit d'admission d'air dont l'ouverture/fermeture est commandée par une soupape. Etat de la technique De manière connue, un moteur thermique de véhicule automobile comporte un carter-cylindres surmonté par une culasse. Le carter-cylindres comprend des cylindres dans lesquels coulissent des pistons selon un mouvement de va-et-vient, la partie supérieure du cylindre étant fermée par la culasse. Dans ladite culasse sont creusés des conduits d'admission d'air et d'échappement des gaz brulés débouchant en vis-à-vis avec lesdits cylindres. Ces conduits d'admission d'air et d'échappement sont contrôlés par des soupapes aptes à obturer/ouvrir les ouvertures desdits conduits. Les soupapes comprennent de manière connue un socle sensiblement en forme de plaque cylindrique adaptée à obturer l'ouverture du conduit d'air ou de gaz et tenu en bout d'un bras. Les soupapes sont actionnées en coulissement selon l'axe dudit bras par des cames mobiles en rotation entrainées par un arbre à cames lui-même entrainé via un moyen de transmission qui peut être une courroie ou une chaine, par le vilebrequin. Le conduit d'admission permet l'admission dans les cylindres d'air frais ou de gaz recirculés pour être ensuite mélangé avec du carburant. L'air d'admission doit donc être introduit avec une vitesse suffisante et de façon suffisamment diffuse pour améliorer ce mélange. Le débouché du conduit d'admission peut ainsi présenter un rétrécissement de section afin d'augmenter la vitesse des gaz d'admission. L'ouverture dudit débouché est 3055030 2 contrôlé par une soupape qui est adaptée à appuyer contre la paroi entourant ladite ouverture pour pouvoir assurer une obturation. De manière connue, la soupape et la paroi entourant l'ouverture présentent ainsi des zones d'appui sensiblement complémentaires qui sont très sollicitées par les 5 mouvements de la soupape. La culasse étant en acier ou en alliage avec une dureté moindre à la soupape, il est connu de renforcer ladite paroi entourant le débouché par une bague en acier renforcé insérée dans la culasse et adaptée pour recevoir la soupape en appui. Ladite bague peut présenter des caractéristiques de forme, par exemple avec un 10 rétrécissement de la section de passage des gaz d'admission pour accroitre la vitesse des gaz d'admission ou pour procurer un mouvement tourbillonnaire au flux de gaz ou pour améliorer la tenue en fonctionnement du système d'admission. La publication FR 2913457-A1 divulgue une bague de siège de soupape comportant un rebord sensiblement aligné sur la face feu de la culasse, une zone de 15 transition vers un secteur cylindrique, suivie d'une première face inclinée vers le haut et le centre du conduit. Un inconvénient est que la bague de siège de soupape ne présente pas une surface de réception suffisamment importante pour assurer une bonne tenue de fonctionnement de la bague suite aux coups de la soupape, ladite surface de réception 20 étant adaptée pour être en appui transversal à l'axe du conduit contre un épaulement de la paroi d'accueil du débouché du conduit d'admission de gaz. Un autre inconvénient est que la bague de siège de soupape ne comporte pas de zone pour bien diriger le flux de gaz d'admission jusque dans le cylindre. En effet, la bague comporte une protubérance annulaire en saillie depuis le secteur cylindrique qui 25 entraine alors une perte de charge et nuit au bon écoulement des gaz d'admission. La publication FR2534968 - Al divulgue une bague de siège de soupape comportant un bourrelet annulaire pour rétrécir la section de passage d'air, s'étendant sur une partie de ladite bague selon un arc de cercle. 3055030 3 Un inconvénient est que la bague de siège comporte deux surfaces de réception réduites pour être en appui contre deux épaulements de la paroi d'accueil du débouché du conduit d'admission d'air, ce qui entraine des tolérances d'usinage desdites surfaces de réception et des épaulements plus sévères. 5 Un autre inconvénient est que la partie de bourrelet en saillie entraine une perte de charge nuisible au bon écoulement des gaz d'admission. Le but de l'invention est de remédier à ces problèmes et un des objets de l'invention est une bague de siège de soupape de contrôle du débouché d'un conduit d'air d'admission. 10 Présentation de l'invention La présente invention concerne plus particulièrement un conduit d'admission d'air de moteur thermique de véhicule automobile entouré par une bague de siège de soupape de contrôle d'ouverture de débouché dudit conduit comportant: -une zone d'appui conique complémentaire avec une zone de contact d'appui 15 d'un plateau de la soupape, -une zone intérieure amont de siège, caractérisé en ce que ladite zone d'appui conique et ladite zone intérieure sont séparées par une rainure circulaire selon l'axe de la bague, adaptée à entourer sans contact un bord circulaire dudit plateau de la soupape délimitant en amont la zone de 20 contact d'appui dudit plateau, ledit plateau en position d'obturation du conduit. De manière avantageuse, la rainure circulaire permet un dégagement adapté pour entourer sans contact un bord du plateau de soupape lorsque la soupape est en position d'obturation du conduit, en appui contre la zone d'appui de la bague de siège. Ainsi la soupape dans cette position est en contact uniquement avec la zone d'appui de 25 la bague, ce qui permet de contrôler parfaitement le fonctionnement de la soupape et l'usure de la bague. Cette rainure permet également d'accroitre la surface de portée de la bague contre une paroi radiale entourant le débouché du conduit d'air ce qui permet donc une fiabilité accrue du fonctionnement de la soupape. 3055030 4 Selon d'autres caractéristiques de l'invention : -la rainure circulaire de la bague présente une profondeur supérieure à un seuil d'usure. De manière avantageuse, la rainure présente une profondeur supérieure à un 5 seuil qui correspond à une épaisseur d'usure de la zone d'appui. Ainsi même en conditions limites d'usure, le bord supérieur du plateau de la soupape ne vient pas en contact avec la bague et n'est donc pas susceptible de se détériorer par les chocs de contact lors des appuis de la soupape contre la bague. -la zone conique d'appui de la bague de siège est bordée en aval par un chanfrein 10 circulaire. De manière avantageuse, la zone conique d'appui de la bague de siège est bordée en aval selon le sens de circulation des gaz par un chanfrein circulaire, ce qui permet d'approcher la zone d'appui du centre tout en autorisant un plateau de soupape de diamètre important pour améliorer la diffusion des gaz et donc le mélange des gaz 15 dans le cylindre. -la zone intérieure amont de la bague de siège est conique selon le sens de la zone conique d'appui. De manière avantageuse, la zone intérieure amont est conique avec un sommet tourné vers l'amont du conduit comme la zone d'appui conique, ce qui supprime tout 20 obstacle à l'écoulement des gaz et évite toute création de turbulence des gaz et de perte de charge dans le conduit d'admission. -De manière avantageuse, la zone conique de la bague de siège présentent un même angle au sommet, ce qui permet de faciliter la fabrication de la bague notamment l'usinage des zones intérieure amont et d'appui conique. 25 -la zone intérieure amont de siège de la bague de siège est dans le prolongement de la zone d'appui conique. De manière avantageuse, la zone intérieure amont de siège de la bague de siège est dans le prolongement de la zone d'appui conique pour un écoulement optimal des gaz et une fabrication aisée de la bague de siège. 3055030 5 -la bague de siège comporte une paroi cylindrique longitudinale avec une longueur selon l'axe de la bague et une paroi annulaire radiale avec une dimension radiale égale à la longueur de la paroi longitudinale. De manière avantageuse, la bague de siège présente une paroi cylindrique 5 longitudinale avec une longueur nécessaire pour le fonctionnement optimal de la soupape, notamment des dimensions de la zone d'appui ou de la zone amont, et une paroi radiale dont la dimension est sensiblement égale à la longueur de ladite bague qui présente donc une surface d'appui représentée par la paroi radiale augmentée pour accroitre la fiabilité du fonctionnement de la soupape. 10 -l'angle au sommet de la zone d'appui et de la zone intérieure amont de la bague de siège est de 90°. De manière avantageuse, l'angle au sommet de la zone amont et de la zone d'appui conique est de l'ordre de 90°, qui est un bon compromis entre l'étanchéité et la solidité de la bague et qui autorise une meilleure diffusion des gaz dans le cylindre en 15 aval. -ledit conduit comporte un rétrécissement de section de passage d'air en amont d'un épaulement entourant le débouché du conduit d'admission d'air destiné à recevoir la bague de siège. De manière avantageuse, le conduit d'admission comporte un rétrécissement de 20 section de passage d'air en amont d'un épaulement entourant le débouché de conduit d'admission destiné à recevoir la bague de siège, ledit rétrécissement permet d'accroitre la vitesse des gaz d'admission avant de passer par la bague qui présente un cône de diffusion ce qui permet d'accélérer les gaz lors de l'admission. Lesdits gaz s'écoulent autour du plateau de la bague pour être ensuite bien diffusés dans le cylindre en aval. 25 Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels : 3055030 6 -la figure 1 est une vue schématique de coupe partielle d'un conduit de gaz d'admission avec une bague de siège selon l'état de l'art. -la figure 2 est une vue schématique de coupe longitudinale d'un conduit d'admission de gaz selon l'invention. 5 -la figure 3 est vue schématique de coupe partielle d'un conduit de gaz d'admission avec une bague de siège selon l'invention. Description détaillée des figures Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires. 10 De manière connue, les moteurs thermiques ou à combustion interne de véhicule automobile comprennent un carter-cylindres avec des cylindres dans lesquels des pistons coulissent selon un mouvement de va-et-vient pour entrainer un vilebrequin en rotation. Ledit carter-cylindres est coiffé par une culasse qui ferme la partie supérieure desdits cylindres. La culasse comporte des conduits d'air qui débouchent en vis-à-vis 15 avec les cylindres. Lesdits conduits sont des conduits d'admission d'air frais ou de mélanges d'air frais avec des gaz recirculés et des conduits d'échappement des gaz brulés. Les ouvertures des débouchés des conduits sont contrôlées par des soupapes qui sont actionnées par des cames pour coulisser avec un mouvement de va-et-vient selon un axe de coulissement. Les soupapes comprennent généralement un plateau 20 sensiblement cylindrique tenu par une extrémité d'un bras. Le plateau cylindrique est apte à obturer aérauliquement le débouché du conduit de gaz. Généralement, ledit plateau de soupape comporte une zone de contact avec un chanfrein circulaire qui vient en appui contre une zone d'appui complémentaire entourant le débouché du conduit d'air ou de gaz. 25 L'invention décrite ci-après concerne un conduit d'admission d'air frais dont le débouché en vis-à-vis avec le cylindre est entouré par une bague de siège de soupape. Ladite bague de siège est adaptée pour recevoir en appui le plateau de la soupape tout 3055030 7 en permettant d'avoir une culasse dans un matériau avec une moindre résistance mécanique. Ainsi que représenté en figure 1, le conduit d'admission 10 selon l'état de l'art présente un débouché 11 de la culasse 12 en vis-à-vis avec un cylindre (non représenté), 5 lequel débouché est entouré par une bague 14 de siège de soupape 15. Ladite bague est logée dans un épaulement transversal 17 entourant le débouché 11. La bague présente une face cylindrique 13 et une face d'appui en couronne 16 qui est en appui contre une paroi d'appui 18 de l'épaulement transversal 17 au conduit d'admission. La face cylindrique 13 présente une longueur 19 selon l'axe X de la bague, supérieure à la 10 dimension radiale 20 de la face d'appui 16. De manière générale, ladite face d'appui 13 présente une superficie de contact assez faible, ce qui peut nuire à la fiabilité de fonctionnement de la soupape et du moteur thermique. La bague de siège 14 comporte une zone conique d'appui 21 adaptée pour recevoir la zone de contact 22 de forme complémentaire du plateau 23 de la soupape 15. 15 La zone de contact 22 de la soupape comprend un chanfrein circulaire qui vient en appui contre la zone conique d'appui 21 de la bague de siège lors de l'obturation du conduit d'admission 10 par la soupape 15. La zone conique 21 de la bague de siège est prolongée en amont AM selon le sens d'écoulement des gaz d'admission par un décrochement circulaire 24 puis par une 20 zone intérieure amont de siège 25 sensiblement cylindrique parallèle à la face cylindrique 13 en regard avec la paroi de l'épaulement 17 pour éviter tout contact de la bague de siège avec un bord circulaire 26 du plateau 23 de soupape délimitant la zone de contact 22 de la soupape, notamment en cas d'usure de la bague de siège. En cas de contact entre le plateau 23 de la soupape et la zone intérieure amont de siège 25, ledit plateau 25 23 de la soupape 15 peut venir en contact avec deux points de la bague 14, dont la zone conique 21, ce qui peut nuire au fonctionnement de ladite soupape. La bague de siège selon l'invention, représentée dans les figures 2 et 3 comporte une zone d'appui conique 21 et une zone intérieure amont de siège 25 séparées l'une de l'autre par une rainure sensiblement circulaire 30 selon l'axe X de la bague et entourant le passage de gaz d'admission, ladite rainure 30 entoure sans contact le bord circulaire 3055030 8 26 du plateau 23 de soupape lorsque ladite soupape 15 est en position d'obturation du conduit de gaz, la zone de contact 22 dudit plateau de soupape étant alors en appui contre la zone conique d'appui 21 de la bague de siège. Ainsi, le bord circulaire 26 du plateau de soupape ne vient jamais en contact avec la bague de siège 14 et le 5 fonctionnement de la soupape reste optimal. Selon la figure 3, la zone d'appui conique 21 est délimitée selon l'axe X de la bague en amont AM par la rainure circulaire 30 et en aval AV par un chanfrein de renforcement 31. Ledit chanfrein 31 définit radialement une épaisseur pour la zone d'appui conique 21 de la bague pour supporter les chocs lors des appuis du plateau 23 10 de soupape contre ladite zone d'appui conique de la bague. L'effort se décompose en une composante radiale et une composante longitudinale, ladite composante radiale appuyant sur la bague 14 et nécessitant une épaisseur radiale pour supporter les chocs répétés d'appui de la soupape sur la bague 14 de siège de soupape. De manière avantageuse, la rainure circulaire 30 présente une profondeur 15 supérieure à un seuil d'usure. De cette manière, même en cas d'usure extrême, le bord circulaire 26 du plateau 23 de soupape 15 ne vient jamais en contact avec la bague de siège 14 pour une meilleure fiabilité du fonctionnement de la soupape. Le profil de la rainure circulaire 30 peut être sensiblement étiré vers l'amont AM du conduit d'admission selon le sens d'écoulement des gaz d'admission pour prendre en 20 compte les modifications du parcours de coulissement de la soupape en cas d'usure. En effet, en cas d'usure de la zone conique d'appui 21 de la bague, la soupape 14 et plus particulièrement le plateau 23 de ladite soupape est sensiblement déplacé vers l'amont AM du conduit d'admission 10 lorsque la soupape est en position d'obturation dudit conduit. Ceci implique un profil de rainure sensiblement étiré vers l'amont du conduit 25 d'admission La zone intérieure amont 25 de siège est de manière préférentielle conique avec un angle au sommet dirigé vers l'amont AM selon le sens d'écoulement des gaz du conduit d'amission comme la zone d'appui conique 21. De cette manière, le flux de gaz d'admission ne rencontre pas d'obstacle susceptible de modifier son écoulement et de 3055030 9 créer des pertes de charges nuisibles au remplissage d'air des cylindres et donc au fonctionnement du moteur. Selon un mode de réalisation représenté en figures 2 et 3, la zone d'appui conique 21 et la zone intérieure amont 25 conique de la bague présentent un même angle 5 au sommet AS pour faciliter la circulation d'air et la fabrication de ladite bague. Selon le mode de réalisation préféré, la zone intérieure amont 25 conique est dans le prolongement de la zone d'appui conique 21 de la bague de siège pour une facilité de fabrication de ladite bague de siège et un écoulement plus uniforme des gaz d'admission. En effet, lorsque la soupape 15 est en position d'ouverture, les gaz circulent 10 en traversant d'abord la zone intérieure amont 25 conique puis la zone d'appui conique 21 et ne rencontrent pas d'obstacle à leur écoulement, donc avec des pertes de charges réduites, avant d'atteindre le plateau 23 de la soupape 14. L'angle au sommet AS est de manière préférentielle un angle droit ou de 90°.La bague présente alors une face cylindrique 13 et une face d'appui en couronne 16 avec des dimensions sensiblement 15 égales. La longueur 19 de ladite bague est sensiblement égale à la dimension radiale 20 de la face d'appui en couronne 16. La dimension de la face d'appui en couronne est augmentée pour mieux supporter la composante longitudinale des chocs d'appui répétés de la soupape 15 sur la bague 14, ce qui améliore la fiabilité du fonctionnement de la soupape 14. 20 Selon un autre mode de réalisation non représenté, la zone intérieure amont 25 peut présenter un angle au sommet AS sensiblement supérieur à celui de la zone conique d'appui 21 pour permettre un effet dans l'écoulement des gaz d'admission. La rainure peut ainsi générer en aval un mouvement tourbillonnaire du flux de gaz d'admission. Comme on le voit sur les figures 2 et 3, les deux zones intérieure amont de 25 siège 25 et d'appui conique 21 forme une embouchure divergente du conduit d'admission 10. Pour accroitre la vitesse des gaz d'admission dans les cylindres, le conduit d'admission 10 comporte de manière préférentielle un rétrécissement 32 de la section de passage 33 desdits gaz d'admission, ledit rétrécissement est disposé en amont de l'épaulement 17 adapté pour accueillir la bague de siège de soupape, selon le 30 sens de circulation des gaz. 3055030 10 La bague de siège 14 est insérée dans l'épaulement 17 par exemple par frettage. Lorsque la soupape 15 est en position d'ouverture, l'air ou les gaz d'admission traversent le conduit d'admission 10 en rencontrant le rétrécissement 32 de section de 5 passage puis la bague de siège de soupape 14 présentant un profil divergent. La vitesse des gaz s'accroit donc sensiblement. Lesdits gaz d'admission arrivent ensuite au contact du plateau 23 de la soupape 15 et s'enroulent autour dudit plateau pour être mieux diffusés ensuite dans le cylindre (non représenté). Les gaz d'amission sont alors accélérés et bien diffusés dans le cylindre. La forme de la bague de siège peut aussi lo autoriser l'utilisation de soupape comportant un plateau cylindrique 23 de plus grand diamètre, ce qui améliore davantage la diffusion des gaz d'admission dans le cylindre. L'objectif est atteint : la bague de siège de soupape comporte des faces d'appui cylindrique longitudinale 13 avec une longueur et radiale 16 avec une dimension radiale sensiblement égale à la longueur de la face d'appui longitudinale pour améliorer la 15 robustesse de la bague de siège. La bague présente un profil d'embouchure du conduit divergent et ledit conduit comporte de manière préférentielle un rétrécissement de section de passage des gaz d'admission en amont selon le sens de circulation des gaz, de l'épaulement adapté pour recevoir la bague de siège 14. La bague permet d'obtenir d'une part des gaz d'admission dans le cylindre avec une vitesse accrue et mieux 20 diffusés et d'autre part d'améliorer la robustesse du contact entre la soupape 15 et la bague de siège 14. REVENDICATIONS1. Conduit d'admission d'air (10) de moteur thermique de véhicule automobile entouré par une bague de siège (14) de soupape (15) de contrôle d'ouverture de débouché (11) dudit conduit comportant: -une zone d'appui conique (21) complémentaire avec une zone de contact (22) d'appui d'un plateau (23) de la soupape, -une zone intérieure amont (25) de siège, caractérisé en ce que ladite zone d'appui conique (21) et ladite zone intérieure (25) sont séparées par une rainure circulaire (30) selon l'axe de la bague adaptée à entourer sans contact un bord circulaire (26) dudit plateau de la soupape délimitant en amont la zone de contact d'appui (22) dudit plateau en position d'obturation du conduit. 2. Conduit d'admission (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la rainure circulaire (30) de la bague de siège (14) présente une profondeur supérieure à un seuil d'usure. 3. Conduit d'admission (10) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la zone conique d'appui (21) de la bague de siège (14) est bordée en aval par un chanfrein circulaire de renforcement (31). 4. Conduit d'admission (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la zone intérieure amont (25) de la bague de siège (14) est conique. 5. Conduit d'admission selon la revendication 4, caractérisée en ce que la zone intérieure amont (25) et la zone d'appui conique (21) de la bague de siège (14) présentent un même angle au sommet. 6. Conduit d'admission selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la zone intérieure amont (25) de siège de la bague de siège (14) est dans le prolongement de la zone d'appui conique (21). 7. Conduit d'admission selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la bague de siège (14) comporte une face cylindrique 3055030 12 longitudinale (13) avec une longueur selon l'axe de la bague de siège (14) et une face radiale d'appui en couronne (16) avec une dimension radiale égale à la longueur de la face longitudinale (13). 8. Conduit d'admission (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, 5 caractérisée en ce que l'angle au sommet de la zone d'appui conique (21) et de la zone intérieure amont (25) de la bague de siège est de 90° 9. Conduit d'admission (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que ledit conduit comporte un rétrécissement (32) de section de passage de gaz d'admission en amont d'un épaulement (17) entourant le débouché (11) du conduit d'admission d'air et destiné à recevoir la bague de siège (14). 10. Moteur thermique comportant un conduit d'admission d'air (10) selon l'une des revendications de 1 à 9. 15