EP0773351B1 - Procédé de fabrication d'une culasse avec des composants formant siège-soupape - Google Patents

Procédé de fabrication d'une culasse avec des composants formant siège-soupape Download PDF

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EP0773351B1
EP0773351B1 EP19960114721 EP96114721A EP0773351B1 EP 0773351 B1 EP0773351 B1 EP 0773351B1 EP 19960114721 EP19960114721 EP 19960114721 EP 96114721 A EP96114721 A EP 96114721A EP 0773351 B1 EP0773351 B1 EP 0773351B1
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valve seat
cylinder head
seat member
electric current
outer circumferential
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Junichi Inami
Shuhei Adachi
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Yamaha Motor Co Ltd
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Yamaha Motor Co Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/22—Valve-seats not provided for in preceding subgroups of this group; Fixing of valve-seats

Definitions

  • This invention relates to a method for producing a cylinder head unit of an internal combustion engine, said cylinder head unit comprising a cylinder head body, an air intake system communicating with a combustion chamber at an at least one intake port opening, an exhaust system communicating with the combustion chamber at an at least one exhaust port opening, said intake and exhaust port openings are each operable by respective intake and exhaust valves guided by respective valve guides accommodated in respective valve guide holes, whereby a valve seat made of a material different from that of the cylinder head body is bonded to each of the respective intake and exhaust port openings, and to a valve seat member for a valve seat of an internal combustion engine having a cylinder head unit comprising a cylinder head body, an air intake system communicating with a combustion chamber at an at least one intake port opening, an exhaust system communicating with the combustion chamber at an at least one exhaust port opening, said intake and exhaust port openings are each operable by respective intake and exhaust valves guided by respective valve guides accommodated in respective valve guide holes.
  • the contact surface area varies. It will be easily appreciated that the variation in the contact surface area causes variation in the amount of heat generated by electric resistance during press contact, which in turn causes variation in the sinking amount.
  • said valve seat surface comprises a flat plane transverse to the axis of the respective opening, first and second inside tapered surfaces continuing to the respective opening and an outside tapered surface continuing to the combustion chamber.
  • the inner circumferential surface is formed by a slant surface approximately parallel to the outside tapered surface of the valve seat seating surface, and an axial surface extending axially from the inner circumferential side edge of said slant surface, and that the top surface connects the outer circumferential surface and the slant surface and being approximately parallel to the flat plane of the valve seat seating surface.
  • the bottom surface (51) comes into contact with the apex (45) of the annular projection, and the larger diameter side end portion projects into the recess (12); further, the angle ⁇ between the outside tapered surface (44) of the valve seat seating surface (40) and the outer circumferential surface (50), and the angle ⁇ between the first inside tapered surface (42) of the valve seat seating surface (40) and the bottom surface (51), are set so as to satisfy the relation ⁇ ⁇ ⁇ .
  • a pressure device (24) shown in FIG. 5 to FIG. 7 is used for bonding the valve seat members (20) to the valve seat seating surfaces (40) of the cylinder head body 11.
  • This pressure device (24) has a lower platen (26) fixed to the lower portion of a base frame (25), and an upper platen (27) is disposed upwardly of the lower platen (26) for vertical movement so as to be able to come into contact with the lower platen (26).
  • the upper platen (27) is fixed to the lower end of a rod (28a) which is the end portion of a cylinder device (28) mounted to the upper portion of the base frame vertically.
  • a guide rod (32) is inserted from the recess (12) side into the valve guide hole (11a) of the port on which the valve seat member (20) is bonded.
  • the guide rod (32) is made of a metallic rod (32a) covered with insulating material such as alumina, and has a length such that it protrudes from the end face of the cylinder head body (11) on the combustion chamber side when inserted into the valve guide hole (11a) and held in place by a stopper (32c).
  • the insulating member (32b) is formed, in this embodiment, using a method in which ceramic material such as alumina is flame sprayed and then finished by polishing.
  • the applied current pattern is as follows: the first electric current I1 for a period t1, then a rest period r1, next the second electric current I2 larger than the first current I1 for a period t2, a rest period r2 again, finally the third current I3 larger than the second current I2 for a period t3, and while the second pushing force P2 is applied at the final stage of bonding, the electric current value is reduced to 0. That is, the current value is increased stepwise. Pressure conversion from the first pushing force P1 to the second pushing force P2 is performed during the time the second electric current I2 is applied and when a time t4 has elapsed after the electric current value was changed to the second current I2.
  • the crystalline structure near the interface turns to eutectic alloy between Cu in the film (22) and Al alloy in the cylinder head body (11), that is, into the state capable of changing from solid phase to liquid phase at lower temperature than pure Cu or Al alloy of the cylinder head body (11) does.
  • the state near the interface at this time is shown schematically in FIG. 9.
  • the portion where said eutectic alloy layer is produced as a result of the mutual atom diffusion, is designated by symbol A.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Claims (27)

  1. Procédé de production d'une unité de culasse pour un moteur à combustion interne, ladite unité de culasse comprenant un corps de culasse (11), un système d'admission d'air communiquant avec une chambre de combustion (12) en au moins une ouverture d'orifice d'admission (13a), un système d'échappement communiquant avec la chambre de combustion (12) en au moins une ouverture d'orifice d'échappement (14a), lesdites ouvertures d'orifice d'admission et d'échappement (13a, 14a) étant chacune susceptibles d'être actionnées par des soupapes d'admission et d'échappement (17, 18) respectives guidées par des guides de soupape (15, 16) respectifs logés dans des trous de guides de soupape (11a) respectifs, de manière qu'un siège de soupape (19) réalisé en un matériau différent de celui du corps de culasse (11) soit relié à chacune des ouvertures d'orifice d'admission et d'échappement (13a, 14a) respectives, caractérisé en ce que ledit siège de soupape (19) respectif est muni par liaison métallurgique d'un élément de siège de soupape (20) respectif sur une surface de portée de siège de soupape (40) des ouvertures d'orifice d'admission et d'échappement (13a, 14a) respectives, de manière qu'une saillie annulaire (46), constituée de deux surfaces (41, 42) et faisant saillie depuis la face circonférentielle intérieure de la surface de portée de siège de soupape (40) de l'ouverture (13a, 14a) respective, soit formée et l'élément de siège de soupape (20) a une surface circonférentielle extérieure (50) inclinée en pente vers son centre et une surface inférieure (51) continuant depuis la surface circonférentielle extérieure (50) et inclinée avec un gradient plus petit que celui de la surface circonférentielle extérieure (50), en direction du centre desdites ouvertures (13a, 14a), de manière que ladite surface inférieure (51) soit en contact linéaire avec ladite saillie (46), lorsque ledit élément de siège de soupape (20) est fixé sur ladite surface de portée de siège de soupape (40) respective.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce ladite surface de siège de soupape (40) comprend un plan (41) plat transversal à l'axe de l'ouverture (13a, 14a) respective, des première et deuxième surfaces effilées (42, 43) continuant vers l'ouverture (13a, 14a) respective et une surface effilée extérieure (44) continuant vers la chambre de combustion (12).
  3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le plan plat (41) et la première surface effilée intérieure (42) forment la saillie annulaire (46) ayant un sommet (45) avec un angle obtus.
  4. Procédé selon au moins l'une des revendications 1 à 3 précédentes, caractérisé en ce que la section transversale dudit élément de siège de soupape annulaire (20) est définie par la surface circonférentielle extérieure (50), la surface inférieure (51), une surface circonférentielle intérieure (52) et une surface supérieure (53).
  5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la surface circonférentielle intérieure (52) est formée par une surface inclinée (52a) à peu près parallèle à la surface effilée extérieure (44) de la surface de portée de siège de soupape (40), et une surface axiale (52b) s'étendant axialement depuis le bord latéral circonférentiel intérieur de ladite surface inclinée (52a), et en ce que la surface supérieure (53) relie la surface circonférentielle extérieure (50) et la surface inclinée (52a) et est à peu près parallèle au plan plat (41) de la surface de portée de siège de soupape (40).
  6. Procédé selon au moins l'une des revendications 2 à 5 précédentes, caractérisé en ce qu'un premier angle (a) entre la surface effilée extérieure (44) de la surface de portée de siège de soupape (40) et la surface circonférentielle extérieure (50), et un deuxième angle (β) entre la première surface effilée intérieure (42) de la surface de portée de siège de soupape (40) et la surface inférieure (51) sont fixés de façon à satisfaire la relation: α ≥ β.
  7. Procédé selon au moins l'une des revendications 1 à 6 précédentes, caractérisé en ce que ladite liaison métallurgique desdites ébauches de siège de soupape (20) comprend :
    (a) le placement de l'élément de siège de soupape (20) sur la surface de portée de siège de soupape (40) desdites ouvertures (13a, 14a) de ladite unité de culasse (11), et
    (b) la poussée d'une électrode (33) contre la face d'extrémité dudit élément de siège de soupape (20) opposé à ladite unité de culasse (11) avec une direction de poussée coïncidant avec un axe (C) de ladite soupape d'admission ou d'échappement (17, 18), de manière que ladite électrode (33) soit adaptée pour appliquer de l'électricité à ladite unité de culasse (11), par l'intermédiaire dudit élément de siège de soupape (20).
  8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par l'avancement d'une tige de guidage (32) coaxialement alignée avec ladite électrode (33) de manière que ladite tige de guidage (32) pénètre dans ledit trou de guidage de soupape (11a) et simultanément guide ladite électrode pour faire coïncider la direction de poussée avec l'axe (C) de ladite soupape (17, 18), de manière que ladite tige de guidage (32) soit fixée à ou séparée de ladite électrode (33).
  9. Procédé selon au moins l'une des revendications 1 à 8 précédentes, caractérisé en ce que la force de pressage et/ou ladite électricité sont appliquées selon un motif prédéterminée.
  10. Procédé selon au moins l'une des revendications 7 à 9 précédentes, caractérisé en ce que, durant l'étape (a), ladite électrode (33) attire magnétiquement ledit élément de siège de soupape (20) pour placer ledit élément de siège de soupape (20) sur la surface de portée de siège de soupape.
  11. Procédé selon au moins l'une des revendications 7 à 10 précédentes, caractérisé en ce que, après les étapes (a) et/ou (b), l'électrode (33) est entraínée en rotation pour contrôler le fait que l'élément de siège de soupape (20) est fixé correctement.
  12. Procédé selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que le motif de la force de pressage comprend une première force de poussée (P1), appliquée à un stade précoce du processus de liaison, puis une deuxième force de poussée (P2), appliquée avec une certaine valeur supérieure, jusqu'à ce que la liaison soit achevée.
  13. Procédé selon au moins l'une des revendications 9 à 12 précédentes, caractérisé en ce que le motif de l'électricité ou du courant appliqué commence après un moment écoulé après l'application de la première force de poussée (P1), de manière qu'un premier courant électrique (I1) soit appliqué pour une première période de temps (tl) suivie par une première période de repos (rl) avec une diminution du courant électrique, puis un deuxième courant électrique (I2) est appliqué pendant une deuxième période de temps (t2), suivie par une deuxième période de repos (r2), avec une diminution du courant électrique et, enfin, un troisième courant électrique (I3) est appliqué pendant une troisième période de temps (t3).
  14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que les valeurs des première à troisième courants électriques (I1, I2, I3) satisfont à la relation suivante : I1 < I2 < I3.
  15. Procédé selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que la deuxième force de poussée (P2) commence durant la deuxième période de temps (t2), le deuxième courant électrique (I2) est appliqué après qu'une quatrième période de temps (t4) se soit écoulée après que la valeur du courant électrique ait été modifiée pour devenir le deuxième courant électrique (I2), de manière que, tandis que la deuxième force de poussée (P2) est appliquée au stade finale de la liaison, la valeur du courant électrique est réduite à 0.
  16. Procédé selon au moins l'une des revendications 13 à 15 précédentes, caractérisé en ce que les première à quatrième périodes de temps ont les valeurs suivantes : t1 = t2 = t3 = 0,1 sec (6/60 sec), et t4 = 0,05 sec (3/60 sec) de manière que les forces de poussée aient les valeurs suivantes: P1 = 12kN et P2 = 24 kN.
  17. Procédé selon au moins l'une des revendications 1 à 16 précédentes, caractérisé en ce que les valeurs de courant électrique sont modifiables entre les ouvertures d'orifice d'admission et d'échappement, de manière que les valeurs de courant électrique appliquées à l'ouverture d'orifice d'échappement soient supérieures aux valeurs de courant électrique appliquées aux ouvertures d'orifice d'admission.
  18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que les valeurs de courant électrique appliquées sont les suivantes :
       ouverture d'orifice d'admission: I1=64kA, I2=68kA, I3=72kA, et
       ouverture d'orifice d'échappement: I1=70kA, I2=75kA, I3=80kA,
    de manière que toutes les valeurs puissent avoir un écart de ± 4kA.
  19. Procédé selon au moins l'une des revendications 1 à 18 précédentes, caractérisé en ce que ledit élément de siège de soupape (20) est réalisé en alliage fritté à base de Fe, muni d'un revêtement (22) en métal ou en alliage de métal, capable de former un alliage eutectique avec cette unité de culasse (11).
  20. Procédé selon au moins l'une des revendications 1 à 19 précédentes, caractérisé en ce que le matériau de ladite unité de culasse (11) est sélectionné dans le groupe constitué de AC4C, AC4B et AC2B, tel qu'indiqué dans le Japanese Industrial Standard (JIS).
  21. Procédé selon au moins l'une des revendications 1 à 20 précédentes, caractérisé en ce que l'amplitude de la descente du matériau de base de siège de soupape (20) dans l'ouverture (13a, 14a) est mesurée de façon continue durant la totalité du processus de liaison.
  22. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que l'amplitude de la descente du matériau de base de siège de soupape (20) dans l'ouverture (13a, 14a) est contrôlée, en particulier sur la base de ladite valeur de descente mesurée.
  23. Procédé selon au moins l'une des revendications 1 à 22 précédentes, caractérisé en ce qu'après le processus de liaison, un processus de finition est appliqué de manière qu'une longueur (A) déterminant l'aire projetée, une épaisseur maximale (B) et un angle () entre la surface circonférentielle extérieure et la surface usinée dudit siège de soupape (19) satisfasse aux relations : A ≥ 2mm, B ≥ 0,9mm et  ≥ 30°.
  24. Un élément de siège de soupape (20) pour un siège de soupape (19) d'un moteur à combustion interne ayant une unité de culasse comprenant un corps de culasse (1), un système d'admission d'air communiquant avec une chambre de combustion (12) en au moins une ouverture d'orifice d'admission (13a), un système d'échappement communiquant avec la chambre de combustion (12) en au moins une ouverture d'orifice d'échappement (14a), lesdites ouvertures d'orifice d'admission et d'échappement (13a, 14a) étant susceptibles chacune de fonctionner grâce à des soupapes d'admission et d'échappement (17, 18) respectives guidées par des guides de soupape (15, 16) respectifs logés dans des trous de guides de soupape (11a) respectifs, caractérisé en ce que ledit élément de siège de soupape (20) est constitué d'un métal ou d'un alliage métallique en mesure de former un alliage eutectique avec l'unité de culasse (11) et comprenant une surface circonférentielle extérieure (50) en pente vers son centre et une surface inférieure (51) allant en continuant depuis la surface circonférentielle extérieure (50) et évoluant en pente avec un gradient inférieur à celui de la surface circonférentielle extérieure (50), dans une direction d'écartement vis-à-vis de ladite surface circonférentielle extérieure (50), de manière que ladite surface inférieure (51) soit configurée de manière à être capable de venir en contact linéaire avec une saillie (46) se projetant depuis la face circonférentielle intérieure d'une surface de portée de siège de soupape (40) de l'ouverture d'orifice d'admission ou d'échappement (13a, 14a) respective de l'unité de culasse (11).
  25. Un élément de siège de soupape selon la revendication 24, caractérisé en ce que la section transversale dudit élément de siège de soupape annulaire (20) est défini par la surface circonférentielle extérieure (50), la surface inférieure (51), une surface circonférentielle intérieure (52) et une surface supérieure (53).
  26. Un élément de siège de soupape selon la revendication 25, caractérisé en ce que la surface circonférentielle intérieure (52) est formée par une surface inclinée (52a) et une surface axiale (52b) s'étendant axialement depuis le bord latéral circonférentiel intérieur de ladite surface inclinée (52a), et en ce que la surface supérieure (53) relie la surface circonférentielle extérieure (50) et la surface inclinée (52a).
  27. Un élément de siège de soupape selon au moins l'une des revendications 24 à 26 précédentes, caractérisé en ce que ledit élément de siège de soupape (20) est réalisé en alliage fritté à base de Fe muni d'un revêtement (22) en métal ou en alliage métallique, en mesure de former un alliage eutectique avec l'unité de culasse (11).
EP19960114721 1995-09-14 1996-09-13 Procédé de fabrication d'une culasse avec des composants formant siège-soupape Expired - Lifetime EP0773351B1 (fr)

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