FR2500529A1 - Poussoir de soupape pour moteur a combustion interne, comportant une surface d'usure perfectionnee en oxyde de zirconium - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN POUSSOIR DE SOUPAPE POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE, COMPORTANT UNE SURFACE D'USURE PERFECTIONNEE EN OXYDE DE ZIRCONIUM. LE CORPS 10 DUDIT POUSSOIR COMPORTE, A UNE EXTREMITE, UNE SURFACE 30 FORMANT CAME ET DESTINEE A VENIR AU CONTACT D'UN ARBRE A CAMES ROTATIF. CETTE SURFACE 30 CONSISTE POUR L'ESSENTIEL EN DE L'OXYDE DE ZIRCONIUM. APPLICATION AUX SOUPAPES DE MOTEURS A COMBUSTION INTERNE.

Description

La présente invention se rapporte à des poussoirs de soupapes, aussi bien

hydrauliques que mécaniques et, en particulier, au perfectionnement d'une surface de poussoir formant came, qui présente des caractéristiques supérieures de résistance aux contraintes et à l'usure

et qui consiste essentiellement en de l'oxyde de zirconium.

L'invention vise également à proposer une surface du type précité qui, formant came dans un poussoir de soupape, admet l'utilisation aussi bien de la fonte que

de l 'acier.

L'invention a encore pour objet une telle surface formant came dans un poussoir de soupape et ne provoquant pas une usure excessive de l'arbre à cames qui coopère

avec elle.

L'invention propose encore une telle surface qui, formant came dans un poussoir de soupape et fabriquée en oxyde de zirconiumn, s'use d'une manière compatible avec

l'arbre à cames qui prend appui contre elle.

Un autre objet de l'invention consiste à proposer une forme de réalisation de poussoir de soupape du type précité présentant une surface formant came réalisée en oxyde de zirconiumn et comportant pour l'essentiel le même coefficient de dilatation que l'acier auquel elle est fixée, empêchant alors des différences de dilatation ou de contraction, lorsque le moteur fonctionne, entre la surface formant came et le corps du poussoir qui lui est associé. L'invention propose en outre une surface du type précité, constituant une came dans un poussoir de soupape

et possédant des caractéristiques supérieures de résis-

tance à l'usure et aux contraintes par rapport aux

poussoirs classiques fabriqués en fonte.

L'invention va à présent être décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lequel: la fiêure 1 est une coupe loneitudinale d'un poussoir de soupape hydraulique, mettant en évidence le perfectionnement selon l'invention de la surface formant came; la figure 2 est une vue en bout du poussoir de la figure 1; la figure 3 est une vue en élévation avec coupe partielle représentant une variante de réalisation du poussoir et mettant en évidence le perfectionnement selon l'invention de la surface formant came; la figure 4 est une coupe longitudinale d'une autre forme de réalisation d'un poussoir; la figure 5 est une coupe longitudinale d'une variante de réalisation dudit poussoir; la figure 6 est une coupe longitudinale d'une autre variante de réalisation dudit poussoir; et la figure 7 illustre par une coupe longitudinale

une autre forme sde réalisation modifiée dudit poussoir.

Les constructeurs d'automobiles et de moteurs diri-

gent leurs efforts de recherche et de développement vers des moteurs plus efficaces et plus puissants, mais ne nécessitant toutefois pas des dimensions ou un poids plus importants. De telles exigences de conception imposent

une contrainte plus grande aux constituants du mécanisme de sou-

papes. Dans le cas spécifique dps moteurs Diesel qui, par

nature, sont quelque peu cause de pollution, en consi-

dérant les émissions qu'ils produisent, des dispositions légales ont arrêté que les émissions de ces moteurs Diesel doivent être largement contrôlées. Pour perfectionner le

contrôle des émissions de moteurs Diesel, il est nécessai-

re de modifier le profil des cames pour obtenir des séquences différentes de fonctionnement des soupapes. Il en résulte une nouvelle augmentation de la contrainte

imposée aux constituants du mécanisme de soupapeset, spécia-

lement, de la surface formant came dans les poussoirs

mécaniques ou hydrauliques qui font partie de ce mécanimrie.

Le résultat de ce type de réalisation de moteurs à combustion interne, comme mentionné ci-dessus, qui a provoqué une contrainte et une usure plus grandes de la surface formant came dans des poussoirs hydrauliques et

mécaniques, réside dans le fait que les matériaux tradi-

tionnels utilisés pour fabriquer ladite came de tels poussoirs ne présentent plus de manière satisfaisante les caractéristiques nécessaires de résistance à l'usure et aux contraintes. On a par conséquent mis l'accent sur des matières nouvelles et perfectionnées pouvant être utilisées pour réaliser la surface formant came dans des poussoirs hydrauliques et mécaniques, ces matières étant suffisamment résistantes à l'usure et aux contraintes dans

des moteurs du type décrit.

On a relevé une tendance à utiliser des poussoirs de soupape dont la surface d'usure consiste en carbure de tungstène. Cependant, ce type de matière n'offre pas entière satisfaction notamment à cause du fait que la mince couche d'usure en carbure de tungstène, qui est fixée à l'une des extrémités du corps du poussoir, est susceptible de se fissurer à cause de son caractère cassant. De plus, si une quelconque région du revêtement en carbure de tungstène venait à se détacher du poussoir, ce revêtement se transformerait essentiellement en un organe coupant qui tomberait dans le moteur, ce qui détruirait ce dernier comme l'expérience l'a montré. Un autre inconvénient des surfaces d'usure en carbure de tungstène pour des poussoirs réside dans le fait que ces surfaces d'usure, si elles sont compatibles avec l'acier, ne sont pas compatibles avec la fonte qui est

la matière classique la plus utilisée dans la fabrica-

tion d'arbres à cames.

La présente invention propose l'utilisation d'oxyde de zirconium, qui est communément appelé " zircone " et qui consiste pour l'essentiel en du zirconium auquel sont ajoutées de faibles quantités d'oxyde de magnésium. Cette substance est désignée

spécifiquement comme de la zircone partiellement stabi-

lisée et elle est du type fabriqué par la société dite " Nilsen Sintered Products ", qui est un département du

" Nilsen Group of Australia ".

Des substances telles que du carbure de tungstè-

ne, de la zircone ou de l'oxyde de zirconium, qui sont considérées comme des céramiques, sont par essence même des matériaux cassants. C'est l'une des raisons pour

lesquelles le carbure de tungstène s'est avéré insatis-

faisant. Par ailleurs, il a été déterminé que la zircone n'est pas aussi cassante que le carbure de tungstène et qu'elle est une matière satisfaisante pour l'utilisation décrite, même lorsqu'elle consiste en une couche ou en un disque. Les propriétés de la zircone à résister à l'usure et aux contraintes sont tellement avantageuses

que cette matière a été jugée comme hautement satisfai-

sante pour fabriquer la surface formant came dans des poussoirs mécaniques et hydrauliques. La zircone s'est avérée présenter des caractéristiques de résistance à l'usure supérieures à celles de la surface en fonte trempée la plus sophistiquée et la plus raffinée, telle que décrite par exemple dans le brevet des U.S.A. N0 4 153 017. De

surcroît, la zircone s'est avérée posséder des caracté-

ristiques de résistance à l'usure et aux contraintes

supérieures à celles du carbure de tungstène.

La zircone présente plusieurs avantages très

spécifiques. Elle est coapatible avec des arbres à cames réali-

sés aussi bien en fonte qu'en acier, ce qui est une caractéristique inhabituelle étant donné qu'un matériau n'est normalement compatible qu'avec l'une ou l'autre de ces matières. C'est pourquoi la zircone connaît une large utilisation pour fabriquer des surfaces formant came dans des poussoirs, et c'est pourquoi elle peut être combinée à des arbres à camesaussi bien en fonte qu'en acier, bien que des arbres à cames en fonte soient traditionnellement employés plus souvent dans des moteurs à combustion interne. Dans ce même domaine, l'usure de la surface en zircone et d'un arbre à cames en fonte s'est révélée être sensiblement la même, ce

qui constitue un avantage particulier pour les consti-

tuants de mécanismes de soupapes. De plus, la zircone possède sensiblement le même coefficient de dilatation que l'acier qui est habituellement la matière utilisée pour former le corps du poussoir. Par conséquent, la dilatation ou la contraction de la surface formant came n'accuse pas de

différences par rapport à celle du corps en acier du pous-

soir lorsque le moteur fonctionne. En observant les figures 1 et 2, on voit un poussoir hydraulique classique tel que décrit, par exemple,

dans le brevet des U.S.A. Na 3 683 876. Dans ce brevet cité en réfé-

rence, le cylindre est en métal en poudre cependant qu'il est en acier dans la présente invention. Néanmoins, la forme de réalisation générale est la même. Le poussoir comporte un corps 10 et un plongeur creux 12 effectue un mouvement alternatif à l'intérieur de ce corps. Un bouchon 14 du plongeur peut obturer l'une des extrémités

de ce dernier et une tête de soupape 16 ferme son extré-

mité opposée. Un mince ressort 18, maintenu en place par un support 20, pousse la tête de soupape 16 contre le siège du plongeur, de forme complémentaire. Un ressort hélicoidal 22, plus important, est destiné à réagir à l'encontre du plongeur et du corps du poussoir et il est de type classique. Un canal 24 de passage de l'huile débouche dans la chambre délimitée par le plongeur et il peut être prévu une valve de dosage 26 obturant un petit orifice ou canal 28 traversant le bouchon 14 du

plongeur.

La surface du corps formant came, illustrée sur

la figure 1 et pouvant présenter une très légère couron-

ne, est constituée par un disque 30 consistant essentiel-

lement en de la zircone et elle est ajustée dans un évi-

dement 32 du corps du poussoir. Cet évidement peut être délimité par un épaulement annulaire 34 et le disque peut être relié au corps 10 à l'intérieur de l'évidement par un certain nombre de procédés différents. La liaison

peut, par exemple, être assurée par un adhésif, en utili-

sant l'une de plusieurs substances de type époxy. Une

matière fabriquée par la "H.B. Fuller Company " ( de réfé-

rence FE-185 et d'appellation " Resi-Weld ") s'est révélée satisfaisante. D'autres types d'agents de liaison peuvent

être utilisés, de même qu'on peut avoir recours à un emman-

chement par retrait. De façon similaire, on peut utiliser

un revêtement métallisé et une étape de chauffage consé-

cutive pour fixer le disque de zircone au corps du poussoir. Le type spécifique d'agent de liaison et/ou de

fixation utilisé n'est pas critique, pourvu que la jonc-

tion soit suffisante pour résister à des conditions norma-

les de fonctionnement du moteur.

Les figures 3 à 7 illustrent des variantes de réa-

lisation d'un poussoir, dans lesquelles on utilise des

disques de zircone de configurations différentes. La figu-

re 3 représente un poussoir connu en forme de champignon, dont une surface 40 formant came est élargie par rapport au diamètre d'un corps 42. Un évidement 44 loge un disque

46 en zircone analogue au disque des figures 1 et 2.

Sur la figure 4, le corps 52 d'un poussoir possè-

de à nouveau une extrémité fermée ( comme sur les figures 1, 2 et 3) et un disque 50 en zircone est logé dans un évidement 54 et collé ou fixé d'une autre manière dans ce dernier. Le corps 52 est creux, tandis que le corps

42 de la figure 3 est plein.

Sur la figure 5, le corps 60 d'un poussoir présen-

te une extrémité ouverte délimitant un épaulement 62. Une pièce rapportée 64 en acier, de configuration étaeée (comme représenté en 66), est insérée dans l'extrémité ouverte du corps et

son gradin s'adapte parfaitement à la forme de l'épaule-

ment 62 pour obturer l'extrémité ouverte dudit corps. Un disque 68 en zircone est logé dans un évidement 70 de la pièce rapportée insérée 64, ledit disque étant d'une forme

de réalisation identique à celles des figures 1 à 3.

Sur la figure 6, le corps 72 d'un poussoir présen-

te à nouveau une extrémité ouverte et, dans ce cas, l'or-

gane d'obturation de cette extrémité ouverte consiste en une pièce insérée ou disque 74 en zircone. Ce dernier comporte un évidement ou gorge annulaire 76, qui coopère avec un épaulement 78, ménagé dans le corps 72 du poussoir, pour assurer le montage de la surface en zircone

formant came.

Sur la figure 7, le corps 80 d'un poussoir a une extrémité ouverte et il présente un évidement ou gorge annulaire 82 se terminant par un épaulement 84. Une pièce rapportée insérée 86 en zircone est placée contre la face

interne de la gorge 82 et elle est ajustée sur l'épaule-

ment 84.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au poussoir décrit et représenté,

sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Poussoir de soupape pour moteur à combustion interne, caractérisé par le fait qu'il comporte un corps (10; 42; 52; 60; 72; 80) présentant, à l'une de ses extrémités, une surface formant came ( 30; 40; 50;60;68; 74; 86) qui, destinée à venir en contact avec un arbre à cames rotatif, consiste pour l'essentiel en de l'oxyde de zirconium.

2. Poussoir selon la revendication 1, caractérisé

par le fait que sa surface formant came consiste partiel-

lement en un disque (30; 46; 50; 68) qui, réalisé essentiellement en oxyde de zirconium, est fixé au corps

(10; 42; 52; 60) dudit poussoir.

3. Poussoir selon la revendication 2, caractérisé par le fait que son corps (10; 42; 52) a une extrémité

fermée, à laquelle le disque (30; 46; 50) est fixé.

4. Poussoir selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'extrémité fermée de son corps (10; 42 52) présente un évidement (32; 44; 54) dans lequel le

disque (30; 46; 50) est placé.

5. Poussoir selon la revendication 2, caractérisé par le fait que son corps (60; 72; 80) possède une extrémité ouverte, le disque (68; 74) en formant un

élément d'obturation.

6. Poussoir selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'extrémité ouverte de son corps (72; 80) présente une gorge annulaire (76; 82) dont une extrémité délimite un épaulement (78; 84), le disque (74) étant logé dans ladite gorge et prenant appui contre ledit épaulement.

7. Poussoir selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le disque (68; 74) comporte une région de diamètre réduit que jouxte un épaulement, ladite région de diamètre réduit étant logée à l'intérieur du

corps (60; 72; 80) du poussoir et ledit épau-

lement étant appliqué contre l'extrémité dudit corps

(60; 72; 80).

8. Poussoir selon la-revendication 5, caractérisé par le fait qu'il comporte une pièce rapportée insérée (64) qui, n'étant pas réalisée en oxyde de zirconium, s'étend partiellement à l'intérieur du corps (60) dudit poussoir et forme un support du disque (68) en oxyde de

zirconium.

9. Poussoir selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la partie rapportée insérée (64) non réalisée en oxyde de zirconium consiste en un métal et présente, à l'une de ses extrémités, un gradin (66) dans

lequel le disque (68) est logé.