FR2666848A1 - Soupape d'echappement de moteur a combustion interne. - Google Patents

Soupape d'echappement de moteur a combustion interne. Download PDF

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    • 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
    • F01L3/02—Selecting particular materials for valve-members or valve-seats; Valve-members or valve-seats composed of two or more materials
    • F01L3/04—Coated valve members or valve-seats

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Soupape d'échappement de moteur à combustion interne réalisée en acier de nuance conventionnelle, caractérisée par le fait qu'elle présente, dans la zone de raccordement tige-tulipe, un revêtement en alliage métallique présentant une bonne tenue à la corrosion et à l'érosion à chaud.

Description

SOUPAS IYECHAPPEMENT DE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE
La présente invention se rapporte à une soupape d'échappement de moteur à combustion interne pour véhicules particuliers ou véhicules industriels.
Lors de leur fonctionnement, les soupapes d'échappement des moteurs à combustion interne sont en contact direct avec les gaz brûlés et peuvent atteindre des températures élevées supérieures à 900OC dans certains cas. Pour leur fabrication on utilise des aciers réfractaires résistant aux hautes températures. Malgré cela lors de leur utilisation la zone la plus sollicitée thermiquement (raccordement tige-tulipe), peut subir un phénomène de corrosion à chaud, renforcé par la vitesse élevée des gaz brûlés dans cette zone, provoquant une diminution de section jusqu'à la détérioration complète de la soupape (voir figure 2).
Ce phénomène se trouve acc entué par le développement de moteurs aux performances améliorées (suralimentation) ou aux émissions polluantes réduites (appauvrissement du mélange).
Pour réduire la corrosion à chaud il est possible de réaliser la soupape dans un matériau présentant une bonne tenue à chaud (alliage base Ni ou Co). Cette tenue peut être encore améliorée par la création dans la tige et la tête d'un volume creux rempli partiellement de sodium et qui favorise l'évacuation du flux thermique entre la tête et la tige de la soupape d'échappement, diminuant ainsi sa température moyenne.
Mais ces solutions présentent l'inconvénient d'utiliser des alliages coûteux et ayant une mauvaise usinabilité ou de demander une gamme de fabrication particulièrement complexe, rendant peu économique la fabrication de telles soupapes.
La présente invention concerne une soupape d'échappement présentant des caractéristiques améliorées de tenue à la corrosion à haute température. Ces caractéristiques sont obtenues par un revêtement mono couche métallique présentant une bonne adhérence et réalisable dans des conditions économiques avantageuses par rapport aux solutions utilisant des métallurgies nobles ou un refroidissement par le sodium (pouvant atteindre 50 % par rapport au Na).
La soupape d'échappement selon l'invention est caractérisée par le fait qu'elle présente, dans la zone de raccordement tige-tulipe, un revêtement en alliage métallique présentant une bonne tenue à la corrosion et à l'érosion à chaud.
La soupape est caractérisée par le fait que l'alliage métallique est un alliage à base de cobalt et/ou nickel contenant de l'aluminium et un métal des terres rares tel que l'yttrium.
L'invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une photo de la soupape revêtue selon
l'invention, - la figure 2 est une photo d'une soupape non revêtue
détériorée, - la figure 3 est une micrographie du revêtement neuf, - la figure 4 est une micrographie du revêtement après
essai de fonctionnement décrit ultérieurement.
La soupape d'échappement selon l'invention, est illustrée à la figure 1. La soupape est repérée 1.
Un revêtement est déposé sur le corps de la soupape dans la zone de raccordement tige-tulipe de la soupape d'échappement. La technique de déposition utilisée dans le cadre de la présente invention est la projection plasma, à la pression atmosphérique. Il est bien entendu que toute autre technique de déposition par projection à chaud peut être utilisée (plasma sous pression partielle, canon à détonation, flamme chimique, etc...). Le dépôt plasma est utilisé à l'état brut de projection, ce qui est économique.
L'alliage choisi pour réaliser ce dépôt est du type M Cr Al
Y (où M peut être du Co et/ou Ni). De par sa bonne tenue à la corrosion et à l'érosion à chaud, il permet de prolonger de façon très significative la durée de vie de la soupape durée de vie identique de diminuer la qualité des alliages métalliques utilisés comme substrats.
Le revêtement se compose d'un alliage Co-Ni-Cr-Al-Y.
On peut faire varier cette composition pour obtenir des alliages : Ni-Cr-Al-Y ; Co-Cr-Al-Y qui satisferont également aux conditions d'utilisation.
Le tableau ci-dessous donne des exemples de compositions, en poids, de revêtements conformes à l'invention.
N" Co Ni Cr Al Y
1 bal 32% 21% 8% 0,5 %
2 - bal 16% 6% 0,5 %
3 - bal 25% 5% 0,5%
La figure 3 montre la structure micrographique du revêtement ne 1.
Le Co et/ou Ni comme élément de base dans la composition assure une bonne tenue mécanique du revêtement à haute température.
La présence du Cr ou Al dans la composition joue un rôle protecteur contre la propagation de la corrosion par leur oxydation.
La présence de Y tout en ralentissant la vitesse d'oxydation améliore l'adhérence du dépôt de la soupape.
Par ses propriétés il n'est pas nécessaire d'avoir une épaisseur de revêtement importante. Une plage comprise entre 0,1 et 0,2 mm semble appropriée. Dans le cas d'utilisation excessivement sévère la plage peut être comprise entre 0,1 et 1 mm.
La projection plasma atmosphérique permet d'obtenir un dépôt avec une bonne densification, toutefois on peut encore améliorer la densité du dépôt en utilisant un autre procédé de dépôt (plasma en pression partielle, canon à détonation...) en cas de besoin.
Pour obtenir une bonne adhérence du dépôt une préparation de surface appropriée (corindonnage) est effectuée préalablement. Le revêtement est ensuite déposé sur la zone de raccordement tige-tulipe préparée. Il est conservé à l'état brut de projection sans qu'une reprise d'épaisseur ou de l'état de surface ne soit nécessaire.
Dans le cas d'utilisations mécaniques très sévères il est possible d'encastrer le revêtement dans la zone de raccordement tige-tulipe. Pour cela on pratique par enlèvement de matière un embrèvement de la profondeur du dépôt souhaité et on effectue le revêtement.
Un exemple de résultat est présenté ci-après:
Réalisé en acier Z 52 CMN Nb 21.09 le dépôt n" 1 a été testé plus de 900 heures sur banc moteur à des températures de surface de soupape comprises entre 870 et 900" C.
Le dépôt ne présente alors aucune trace de corrosion (fig.4).
Rappelons que dans les conditions de l'essai, la même soupape non revêtue présentait une usure par corrosion très importante, rendant son utilisation impossible (fiv.2).

Claims (4)

    REVENDICATIONS à l'érosion à chaud. métallique présentant une bonne tenue à la corrosion et de raccordement tige-tulipe, un revêtement en alliage caractérisée par le fait qu'elle présente, dans la zone réalisée en acier de nuance conventionnelle,
  1. [1] Soupape d'échappement de moteur à combustion interne
    métal des terres rares tel que l'yttrium.
    colbalt et/ou nickel contenant de l'aluminium et un
    fait que l'alliage métallique est un alliage à base de
  2. [2] Soupape selon la revendication 1, caractérisée par le
    est déposé par projection au plasma.
    précédentes, caractérisée par le fait que le revêtement
  3. [3] Soupape selon l'une quelconque des revendications
    est encastré dans la zone de raccordement de la soupape.
    précédentes, caractérisée par le fait que le revêtement
  4. [4] Soupape selon l'une quelconque des revendications
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