Brevet FR3081502A1 — publié le 20191129

BAGUE D'ETANCHEITE DE SOUPAPE DE MOTEUR THERMIQUE COMPORTANT UNE ETANCHEITE SUR LA CULASSE La présente invention concerne une bague d'étanchéité de tige de soupape d'un moteur thermique, ainsi qu'un moteur thermique équipé de telles bagues d'étanchéité sur les tiges de soupapes, et un véhicule automobile comprenant ce type de moteur. Les moteurs thermiques à quatre temps comportent pour chaque cylindre des soupapes d'admission et d'échappement commandées par des arbres à cames, permettant l'admission de l'air frais et l'évacuation des gaz brûlés. Chaque soupape comporte une tige coulissant dans un guide de soupape emmanché dans la culasse, comprenant à une extrémité appelée par la suite extrémité inférieure, une forme en tulipe venant en appui sur une portée circulaire fermant la chambre de combustion, et à l'extrémité supérieure des rainures circulaires permettant l'accrochage des ressorts de rappel de la soupape. Le guide de soupape forme un tube emmanché dans un perçage de la culasse, reliant le conduit d'admission ou d'échappement à une chambre basse pression contenant de l'huile de lubrification du moteur, réalisé dans un métal assurant un bon coulissement, ainsi qu'une conduction thermique afin 20 de transmettre les calories reçues par la soupape au bloc de la culasse. Chaque soupape reçoit au moins un ressort hélicoïdal de rappel entourant le guide de soupape, présentant une base en appui sur le dessus de la culasse, et un sommet en appui sous une coupelle maintenue par des clavettes engagées dans les rainures circulaires de la tige de soupape. 25 Afin d'assurer une étanchéité de l'entrée supérieure du perçage du guide de soupape, recevant la tige de soupape, un type de joint connu, présenté notamment par le document US-3601420, forme une bague comprenant une partie interne serrant l'extrémité supérieure du guide de soupape pour se fixer 2 dessus, et un anneau supérieur serrant la tige de soupape en permettant son coulissement. De cette manière on empêche un passage d'huile entre la tige de soupape et le guide de soupape le long de son perçage, vers le conduit 5 d'admission ou d'échappement, en particulier lorsqu'une dépression dans ce conduit tend à aspirer l'huile venant de la chambre basse pression. Un autre type de joint connu, présenté notamment par le document EPA1-3236117, comporte un support tubulaire entourant le guide de soupape, comprenant une collerette inférieure plate bloquée en dessous de la base du 10 ressort de rappel, et à son extrémité supérieure un épaulement intérieur venant au-dessus de la bague d'étanchéité pour la maintenir axialement. En variante il est connu de réaliser ce type de joint en une seule pièce, comprenant à la fois l'anneau supérieur de serrage de la tige de soupape, la partie interne serrant l'extrémité du guide de soupape, et la collerette inférieure 15 venant à plat sur la culasse, maintenue par le ressort de rappel. Pa railleurs, dans certains cas lors de l'emmanchement du guide de soupape dans la culasse, on peut obtenir pendant le coulissement de ce guide des micro-grippages à l'intérieur du perçage de la culasse, qui détériorent les états de surface des deux matériaux pendant le mouvement, et forment des petits canaux axiaux. On obtient par ces canaux des possibilités de passages d'huile minimes de la chambre basse pression vers un conduit d'admission ou d'échappement, qui perturbent la combustion du moteur thermique. En particulier la combustion dans les moteurs à essence à injection directe peut être perturbée par un apport d'huile trop important dans la chambre de combustion, en occasionnant des ratés de combustion qui diminuent le rendement énergétique et augmente les émissions de gaz polluants. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces problèmes de l'art antérieur. Elle propose à cet effet une bague d'étanchéité de tige de soupape d'une culasse de moteur thermique, comprenant axialement successivement en 3 partant vers une direction inférieure, une lèvre intérieure de serrage de la tige de soupape, une partie interne de serrage d'un guide de soupape, et une collerette transversale plate présentant une face inférieure d'appui sur la culasse, cette bague étant remarquable en ce qu'elle comporte un système 5 d'étanchéité circulaire disposé sous la face inférieure de la collerette transversale. Un avantage de cette bague d'étanchéité est que sur la même pièce, en ajoutant de manière simple et économique un système circulaire d'étanchéité sous la collerette transversale, on obtient avec la pression du ressort de rappel 10 de soupape pressant sur cette collerette un appui étanche de la bague sur la culasse. La partie supérieure du guide de soupape dépassant au-dessus de la culasse, est alors enfermée de manière étanche à l'intérieur de la bague d'étanchéité, entre la lèvre intérieure de serrage de la tige et le joint circulaire 15 d'étanchéité inférieure en appui sur cette culasse. Des passages d'huile autour du guide de soupape, par des éventuels canaux formés lors de l'emmanchement de ce guide, ne sont alors plus possibles. La bague d'étanchéité selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes qui peuvent être combinées entre 20 elles. Selon un mode de réalisation, la face inférieure de la collerette comporte une gorge circulaire recevant un joint d'étanchéité. Dans ce cas, avantageusement la gorge circulaire est formée par un usinage, un matriçage ou un emboutissage réalisé sur la face inférieure de la 25 collerette. En particulier, le système d'étanchéité circulaire peut comporter une lèvre inférieure élastique d'étanchéité, qui avant le montage sur la culasse dépasse en dessous de la face inférieure de la collerette. Dans ce cas, avantageusement la lèvre inférieure d'étanchéité est 30 formée radialement à l'intérieur de la collerette. 4 De plus, avantageusement la lèvre inférieure d'étanchéité est formée par un prolongement axial d'un matériau élastique formant la lèvre intérieure de serrage de la tige de soupape. L'invention a aussi pour objet un procédé de calcul d'une bague 5 d'étanchéité comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes, remarquable en ce qu'il comporte une étape de calcul de l'élasticité axiale du système d'étanchéité, donnant après le montage de la bague sur la culasse un appui direct de la face inférieure de la collerette sur une face d'appui supérieure de cette culasse. 10 L'invention a aussi pour objet un moteur thermique comportant une culasse équipée de soupapes avec des bagues d'étanchéité comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. En particulier, le moteur thermique peut comporter un dispositif d'injection directe du carburant dans la chambre de combustion. 15 L'invention a de plus pour objet un véhicule automobile comportant un moteur thermique équipé de soupapes avec des bagues d'étanchéité comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à 20 titre d'exemple et de manière non limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une bague d'étanchéité selon l'art antérieur ; - les figures 2a et 2b sont respectivement une demi-vue en coupe axiale 25 et une vue de détail d'une bague d'étanchéité selon l'invention ; - les figures 3a et 3b sont respectivement une demi-vue en coupe axiale et une vue de détail d'une bague d'étanchéité suivant une première variante ; et - les figures 4a et 4b sont respectivement une demi-vue en coupe axiale 30 et une vue de détail d'une bague d'étanchéité suivant une deuxième variante. 5 La figure 1 présente une culasse de moteur thermique 2 comprenant un guide de soupape 4 formant un tube serti dans la culasse disposé suivant un axe principal A, présentant une extrémité inférieure venant dans une tubulure d'admission ou d'échappement 6 de la culasse, et une extrémité supérieure 5 venant dans une chambre basse pression 8 recevant de huile de lubrification du moteur. Une soupape d'admission ou d'échappement comporte une tige 12 coulissant dans le guide de soupape 4. Une bague d'étanchéité 20 comporte une douille métallique 22 formée 10 dans une tôle emboutie, présentant à son extrémité supérieure un rebord intérieur 24, et à sa base une collerette transversale plate 26 tournée vers l'extérieur, posée sur un plan d'appui supérieur 10 de la culasse 2. La bague d'étanchéité 20 comporte un joint d'étanchéité 28 réalisé par un élastomère surmoulé dans la douille 22, comprenant une partie interne 30 15 de serrage autour du guide de soupape 4 pour assurer une étanchéité statique, et une partie supérieure venant au-dessus de ce guide de soupape, comprenant une lèvre intérieure 32 serrée par un jonc extérieur 34, qui est en appui sur la tige de soupape 12 pour assurer une étanchéité dynamique sur cette tige. 20 Un ressort de rappel de la soupape 14 présente une base en appui sur la collerette inférieure 26 de la douille métallique 22, et un sommet relié à l'extrémité supérieure de la tige de soupape 12 pour assurer le rappel de cette soupape. L'étanchéité assurée par le joint d'étanchéité 28 ferme la partie 25 supérieure du guide de soupape 4, en empêchant un passage d'huile entre la tige de soupape 12 et le perçage de ce guide. Toutefois dans le cas de micro-grippages lors de l'emmanchement du guide de soupape 4 dans la culasse 2, formant des canaux de petite section le long du contour extérieur de ce guide de soupape, on peut obtenir un 30 passage d'huile réduit présenté par la flèche F, venant de la chambre basse pression 8, et passant successivement sous la collerette de la douille 26 puis 6 le long du contour extérieur du guide de soupape, pour déboucher dans le conduit 6. Les figures 2a et 2b présentent une collerette transversale 26 à la base de la douille 22, comprenant sur sa face inférieure une gorge circulaire 42 5 centrée sur l'axe A, de section rectangulaire, recevant un joint d'étanchéité 44 de section circulaire. La gorge circulaire 42 peut être formée par usinage ou par matriçage de la face inférieure de la collerette 26. Le ressort de rappel 14 maintenant la face inférieure plate de la collerette 26 directement en appui sur le plan d'appui de la culasse 10, le joint 10 d'étanchéité 44 est comprimé dans la gorge circulaire 42, en assurant une étanchéité entre la collerette et ce plan d'appui. On ferme ainsi le passage d'huile sous la bague d'étanchéité 20, l'huile ne peut plus passer autour du guide de soupape 4 vers le conduit 6. Les figures 3a et 3b présentent en variante une collerette transversale 26 15 comprenant sur sa face inférieure une gorge circulaire 42 formée par emboutissage de cette collerette, recevant le joint d'étanchéité 44, qui conserve une épaisseur sensiblement constante de la tôle de la douille 22. On obtient une gorge 42 présentant une section transversale courbe, et un bossage circulaire sur la face supérieure de la collerette 26, recevant l'appui 20 du ressort de rappel 14. En particulier pour les bagues étanchéité présentées figures 2a et 3a, le joint d'étanchéité 44 peut être collé sous la collerette 26 afin de former un ensemble formant un seul élément à assembler sur la culasse 2, ce qui ne modifie pas les gammes d'assemblage. 25 Les figures 4a et 4b présentent en variante à la base de la bague d'étanchéité 20, une lèvre inférieure 50 tournée vers le bas, formée par un prolongement inférieur du joint d'étanchéité 28 disposée dans la douille 22, qui est présentée sur les figures non comprimée. Avantageusement on réalise de manière économique en un seul 30 moulage de l'élastomère du joint d'étanchéité 28, la lèvre inférieure 50 qui est calculée pour être entièrement comprimée sur le plan d'appui de la culasse 7 10, ce qui maintient un appui de la face inférieure de la collerette métallique sur cette culasse. De cette manière on assure une étanchéité circulaire entre la base de la bague d'étanchéité 20 et la culasse 10. 5 D'une manière générale les différentes bagues d'étanchéité 28 selon l'invention conservent un appui direct d'au moins une partie de la face inférieure métallique de la collerette 26 sur la face d'appui de la culasse 10, sans joint d'étanchéité interposé. On maintient ainsi un appui et un positionnement identique de la bague d'étanchéité 20 sur la culasse 2 qui n'est 10 pas modifiée, en évitant une mise au point délicate qui serait nécessaire dans le cas d'un appui passant par un revêtement d'étanchéité souple ou un joint élastique. La bague étanchéité selon l'invention 20 est particulièrement adaptée pour un moteur thermique à injection directe, pouvant présenter des 15 perturbations de fonctionnement causées par un petit débit additionnel d'huile dans la chambre de combustion. Pour des culasses 2 destinées à ces types de moteur, après l'installation des guides de soupape 4 dans la culasse on peut réaliser seulement un contrôle de la tenue mécanique de cet assemblage, il n'est plus nécessaire de 20 réaliser aussi un contrôle d'étanchéité REVENDICATIONS1 - Bague d'étanchéité de tige de soupape (12) d'une culasse de moteur thermique (2), comprenant axialement successivement en partant vers une direction inférieure, une lèvre intérieure (32) de serrage de la tige de soupape (12), une partie interne (30) de serrage d'un guide de soupape (4), et une collerette transversale plate (26) présentant une face inférieure d'appui sur la culasse (2), caractérisée en ce qu'elle comporte un système d'étanchéité circulaire disposé sous la face inférieure de la collerette transversale (26). 2 - Bague d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisée en ce que la face inférieure de la collerette (26) comporte une gorge circulaire (42) recevant un joint d'étanchéité (44). 3 - Bague d'étanchéité selon la revendication 2, caractérisée en ce que la gorge circulaire (42) est formée par un usinage, un matriçage ou un emboutissage réalisé sur la face inférieure de la collerette (26). 4 - Bague d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le système d'étanchéité circulaire comporte une lèvre inférieure élastique d'étanchéité (50), qui avant le montage sur la culasse (2) dépasse en dessous de la face inférieure de la collerette (26). 5 - Bague d'étanchéité selon la revendication 4, caractérisée en ce que la lèvre inférieure d'étanchéité (50) est formée radialement à l'intérieur de la collerette (26). 6 - Bague d'étanchéité selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que la lèvre inférieure d'étanchéité (50) est formée par un prolongement axial d'un matériau élastique formant la lèvre intérieure (32) de serrage de la tige de soupape (12). 9 7 - Procédé de calcul d'une bague d'étanchéité (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de calcul de l'élasticité axiale du système d'étanchéité, donnant après le montage de la bague (20) sur la culasse (2) un appui direct de la face 5 inférieure de la collerette (26) sur une face d'appui supérieure (10) de cette culasse (2). 8 - Moteur thermique comprenant une culasse (2) équipée de soupapes, caractérisé en ce que les soupapes comportent des bagues d'étanchéité (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 10 9 - Moteur thermique selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'injection directe du carburant dans la chambre de combustion. 10 - Véhicule automobile comportant un moteur thermique équipé de soupapes, caractérisé en ce que les soupapes comportent des bagues 15 d'étanchéité (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.