FR2848245A1 - Valve seat for cylinder head internal combustion engine, has groove with rough circumference ensures friction with cylinder head for fastening - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention se rapporte à un siège de soupape pour culasse deThe present invention relates to a valve seat for a cylinder head
moteur à combustion interne.internal combustion engine.
Comme cela est connu en soi, les sièges de soupapes d'une culasse permettent d'assurer un bonne étanchéité au gaz de combustion au niveau des 5 contact avec les soupapes ainsi qu'une bonne résistance aux chocs et à l'usure, et de façon plus générale un bon fonctionnement mécanique. As is known per se, the valve seats of a cylinder head make it possible to ensure a good seal against the combustion gas at the level of the contacts with the valves as well as good impact and wear resistance, and more generally, good mechanical operation.
Dans le cas des culasses en alliage d'aluminium, le matériau de base de la culasse ne peut résister directement aux sollicitations thermiques et mécaniques (pression de contact, frottement, chocs....) appliquées par les soupapes. In the case of aluminum alloy cylinder heads, the base material of the cylinder head cannot directly resist the thermal and mechanical stresses (contact pressure, friction, shocks, etc.) applied by the valves.
Il est donc impératif de placer dans la culasse au niveau de l'interface avec les soupapes, des inserts réalisés dans un matériau présentant des caractéristiques de résistance mécanique suffisantes: les sièges de soupapes. It is therefore imperative to place in the cylinder head at the interface with the valves, inserts made of a material having sufficient mechanical resistance characteristics: the valve seats.
Ces sièges doivent assurer une bonne tenue à l'usure et aux chocs ainsi qu'une bonne étanchéité avec les soupapes mais également une bonne interface 15 thermique et mécanique avec la culasse. These seats must ensure good wear and impact resistance as well as good sealing with the valves, but also a good thermal and mechanical interface with the cylinder head.
Ces sièges de soupapes sont classiquement réalisés dans un matériau résistant aux chocs et à l'usure à haute température (acier, matériau fritté, alliages spécifiques...). Le montage des sièges de soupapes sur la culasse s'effectue actuellement 20 selon trois familles de procédés. These valve seats are conventionally made of a material resistant to impact and wear at high temperature (steel, sintered material, specific alloys ...). The mounting of the valve seats on the cylinder head is currently carried out according to three families of processes.
Dans la première famille de procédés, on recourt à une liaison mécanique des sièges de soupapes avec la culasse. In the first family of methods, mechanical use is made of the valve seats with the cylinder head.
On peut ainsi soit emmancher les sièges de soupapes dans des logements prévus à cet effet dans la culasse, soit en variante insérer les sièges de soupapes 25 dans le moule de la culasse au cours du processus de fonderie, avant la coulée de l'alliage d'aluminium (voir WO-98/03290). One can thus either fit the valve seats in housings provided for this purpose in the cylinder head, or alternatively insert the valve seats 25 in the cylinder head mold during the foundry process, before casting the alloy d aluminum (see WO-98/03290).
Dans la deuxième famille de procédés, on solidarise les sièges de soupapes avec la culasse au moyen de soudures (voir par exemple US 5 653 377). In the second family of methods, the valve seats are joined to the cylinder head by means of welds (see for example US Pat. No. 5,653,377).
Dans la troisième famille de procédés, on dépose directement le matériau 30 constitutif des sièges de soupapes sur la culasse sous forme liquide ou pâteuse éventuellement par dépôt laser ou arc à plasma. Après refroidissement, le matériau déposé forme un cordon irrégulier que l'on vient usiner afin d'obtenir la géométrie nécessaire à une bonne interface avec les soupapes (voir par exemple EP 0 092 683). In the third family of methods, the material constituting the valve seats is directly deposited on the cylinder head in liquid or pasty form, optionally by laser deposition or plasma arc. After cooling, the deposited material forms an irregular bead which is machined in order to obtain the geometry necessary for a good interface with the valves (see for example EP 0 092 683).
La première famille de procédés permet d'obtenir un montage des sièges de soupapes sur la culasse peu coteux. The first family of methods makes it possible to mount the valve seats on the inexpensive cylinder head.
Par contre, l'interface purement mécanique entre les sièges de soupapes et la culasse induit une résistance thermique de contact qui limite l'échange de chaleur des sièges de soupapes vers la culasse et son système de refroidissement et qui peut entraîner des températures des sièges et des soupapes trop élevées vis-à-vis de leur fiabilité. On the other hand, the purely mechanical interface between the valve seats and the cylinder head induces a thermal contact resistance which limits the heat exchange from the valve seats to the cylinder head and its cooling system and which can lead to seat temperatures and valves too high with regard to their reliability.
De plus, l'interface entre les sièges de soupapes et la culasse présente des caractéristiques trop limitées dans la direction tangentielle ou circonférentielle. In addition, the interface between the valve seats and the cylinder head has too limited characteristics in the tangential or circumferential direction.
En outre, ces caractéristiques peuvent varier en fonctionnement en fonction des évolutions des températures et des dilatations thermiques de chaque pièce. In addition, these characteristics may vary in operation depending on the changes in temperatures and thermal expansion of each part.
Les deuxième et troisième familles de procédés de montage des sièges de soupapes sur la culasse permettent de supprimer les inconvénients susmentionnés. The second and third families of methods for mounting the valve seats on the cylinder head make it possible to eliminate the aforementioned drawbacks.
Par contre, ces procédés de montage posent un certain nombre de 15 problèmes au niveau industriel: les moyens nécessaires (soudure, laser, torche à plasma) sont complexes et coteux. On the other hand, these mounting methods pose a certain number of problems at the industrial level: the means required (welding, laser, plasma torch) are complex and expensive.
De plus, ces procédés sont difficiles à maîtriser et engendrent de nombreux défauts (fissuration des cordons lors du refroidissement, création de cavités en interface....) et des taux de rebuts importants. In addition, these processes are difficult to master and cause numerous faults (cracking of the cords during cooling, creation of interface cavities, etc.) and significant reject rates.
De ce fait, ces procédés n'ont été utilisés à ce jour d'un point de vue industriel que sur de très petites séries. Therefore, these processes have been used to date from an industrial point of view only on very small series.
La présente invention a pour objectif de fournir un siège de soupape pouvant être monté avec un procédé de la première famille susmentionnée, mais ne conduisant pas aux inconvénients inhérents à un tel procédé. The present invention aims to provide a valve seat which can be mounted with a method of the first family mentioned above, but does not lead to the drawbacks inherent in such a method.
On atteint cet objectif de l'invention avec un siège de soupape du type destiné à être relié mécaniquement à une culasse, remarquable en ce qu'il comprend à sa périphérie des moyens pour assurer un frottement important par rapport à ladite culasse. Grâce à ces caractéristiques, un tel siège de soupape peut être monté sur 30 une culasse avec un procédé de la première famille susmentionnée, tout en permettant d'obtenir in fine une meilleure liaison mécanique avec la culasse. This object of the invention is achieved with a valve seat of the type intended to be mechanically connected to a cylinder head, remarkable in that it comprises at its periphery means for ensuring significant friction with respect to said cylinder head. Thanks to these characteristics, such a valve seat can be mounted on a cylinder head with a method of the first family mentioned above, while ultimately allowing a better mechanical connection with the cylinder head.
Ce siège de soupape permet donc, tout en utilisant des moyens de montage classiques et peu coteux, de s'affranchir des inconvénients inhérents à la première famille de procédés susmentionnée. This valve seat therefore makes it possible, while using conventional and inexpensive mounting means, to overcome the drawbacks inherent in the first family of processes mentioned above.
Suivant d'autres caractéristiques de ce siège de soupape: - lesdits moyens comprennent une rugosité sensiblement homogène sur au moins une partie de ladite périphérie; - lesdits moyens comprennent un moletage d'au moins une partie de ladite périphérie; - lesdits moyens comprennent des rainures formées sur au moins une partie de ladite périphérie, et s'étendant selon une direction sensiblement parallèle à l'axe dudit siège; - lesdites rainures présentent une section choisie dans le groupe comprenant les sections rectangulaire, triangulaire, semi-circulaire et sinusodale, et les sections 10 ayant des profils d'amplitude et/ou de périodicité variables; - lesdites rainures présentent une profondeur variable sur la hauteur dudit siège. La présente invention se rapporte également à un procédé de fabrication d'un siège de soupape conforme à ce qui précède, dans lequel on réalise lesdits moyens 15 de frottement par moulage. According to other characteristics of this valve seat: - said means comprise a roughly uniform roughness over at least part of said periphery; - Said means comprise a knurling of at least part of said periphery; - Said means comprise grooves formed on at least part of said periphery, and extending in a direction substantially parallel to the axis of said seat; - Said grooves have a section chosen from the group comprising rectangular, triangular, semi-circular and sinusodal sections, and sections 10 having profiles of variable amplitude and / or periodicity; - Said grooves have a variable depth over the height of said seat. The present invention also relates to a method of manufacturing a valve seat according to the above, in which said friction means 15 are produced by molding.
La présente invention se rapporte également à un procédé de fabrication d'un siège de soupape conforme à ce qui précède, dans lequel on réalise lesdits moyens de frottement par usinage. The present invention also relates to a method of manufacturing a valve seat according to the above, in which said friction means are produced by machining.
La présente invention se rapporte encore à une culasse, remarquable en ce 20 qu'elle comprend au moins un siège de soupape conforme à ce qui précède. The present invention also relates to a cylinder head, remarkable in that it comprises at least one valve seat in accordance with the above.
La présente invention se rapporte également à un moteur à combustion interne, remarquable en ce qu'il comprend une culasse conforme à ce qui précède. The present invention also relates to an internal combustion engine, remarkable in that it comprises a cylinder head in accordance with the above.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans 25 lequel: - la figure 1 représente la face feu d'une partie d'une culasse de moteur à combustion interne, et - la figure 2 représente une vue en perspective d'un siège de soupape conforme à l'invention. Other characteristics and advantages of the present invention will become apparent in the light of the description which follows and on examining the appended drawing in which: FIG. 1 represents the fire face of a part of an engine cylinder head internal combustion, and - Figure 2 shows a perspective view of a valve seat according to the invention.
On se reporte à présent à la figure 1 du dessin annexé sur laquelle on a représenté la partie de la face feu d'une culasse 1 qui est destinée à fermer un cylindre formé dans le bloc d'un moteur à combustion interne (non représenté). Referring now to Figure 1 of the accompanying drawing in which there is shown the part of the fire face of a cylinder head 1 which is intended to close a cylinder formed in the block of an internal combustion engine (not shown) .
Comme cela est connu en soi, la culasse 1 comprend au moins un orifice d'admission 3a, d'échappement 3b, ainsi qu'un orifice 7 destiné à recevoir une 35 bougie ou un injecteur. As is known per se, the cylinder head 1 comprises at least one inlet 3a, exhaust 3b, as well as an orifice 7 intended to receive a spark plug or an injector.
Des sièges de soupapes 9a et 9b sont logés dans les zones de la culasse 1 définissant les orifices 3a et 3b. Valve seats 9a and 9b are housed in the zones of the cylinder head 1 defining the orifices 3a and 3b.
La culasse 1 est dimensionnée de manière qu'une certaine quantité de matière sépare d'une part les deux orifices 3a et 3b l'un de l'autre et d'autre part chacun de ces orifices de l'orifice de bougie 7. The cylinder head 1 is dimensioned so that a certain amount of material separates on the one hand the two orifices 3a and 3b from each other and on the other hand each of these orifices from the spark plug orifice 7.
On désigne couramment par " pontets " les volumes 1la, 11b, 11c définis par cette matière. The volumes 1la, 11b, 11c defined by this material are commonly designated by "bridges".
Comme on peut le voir sur la figure 1, chacun des sièges de soupapes 9a, 9b comporte à sa périphérie des aspérités l3a, 13b. As can be seen in Figure 1, each of the valve seats 9a, 9b has at its periphery asperities 13a, 13b.
Pour plus de détails, on se rapporte à présent à la figure 2 sur laquelle on voit que ces aspérités peuvent comprendre des rainures formées sur au moins une partie de la périphérie des sièges de soupapes 9a, 9b. For more details, reference is now made to FIG. 2 in which it can be seen that these asperities can include grooves formed on at least part of the periphery of the valve seats 9a, 9b.
On voit sur la figure 2 que ces rainures s'étendent selon une direction sensiblement parallèle à l'axe A du siège de soupape 9. It can be seen in FIG. 2 that these grooves extend in a direction substantially parallel to the axis A of the valve seat 9.
On a représenté sur ces figures des rainures présentant une section sensiblement triangulaire, mais cette section pourrait aussi bien être rectangulaire, semi-circulaire, sinusodale, ou autre: cette section pourrait avoir la forme de courbes présentant des amplitudes et/ou des périodicités variables. There are shown in these figures grooves having a substantially triangular section, but this section could as well be rectangular, semi-circular, sinusodal, or other: this section could be in the form of curves with varying amplitudes and / or periodicities.
De même, on a représenté sur la figure 2 des rainures ne s'étendant que sur 20 une partie de la périphérie du siège de soupape 9, mais ces rainures pourraient aussi bien s'étendre sur la totalité de la périphérie de ce siège de soupape. Likewise, FIG. 2 shows grooves extending only over part of the periphery of the valve seat 9, but these grooves could as well extend over the entire periphery of this valve seat .
Selon une première variante non représentée, les rainures 13 pourraient être remplacées par une rugosité sensiblement homogène d'au moins une partie de la périphérie du siège de soupape 9. According to a first variant not shown, the grooves 13 could be replaced by a roughly uniform roughness of at least part of the periphery of the valve seat 9.
Selon une deuxième variante non représentée, les rainures 13 pourraient être représentées par un moletage d'au moins une partie de la périphérie du siège de soupape 9. According to a second variant, not shown, the grooves 13 could be represented by knurling at least part of the periphery of the valve seat 9.
Plus généralement, il faut comprendre que ce qui est important, c'est que la périphérie du siège de soupape 9 présente des moyens permettant d'assurer un 30 frottement important par rapport aux parois des orifices 3a et 3b (voir figure 1) formées dans la culasse 1. More generally, it should be understood that what is important is that the periphery of the valve seat 9 has means making it possible to ensure significant friction with respect to the walls of the orifices 3a and 3b (see FIG. 1) formed in cylinder head 1.
Les rainures 13 (voir figure 2) peuvent être formées par moulage ou bien par usinage, et notamment par électro-érosion. The grooves 13 (see Figure 2) can be formed by molding or by machining, and in particular by EDM.
Les avantages du siège de soupape qui vient d'être décrit résultent 35 directement de ce qui précède. Comme on peut le comprendre, chacun des sièges de soupapes 9a, 9b (voir figure 1) peut être introduit par des moyens classiques à l'intérieur des logements définis par les orifices 3a et 3b. The advantages of the valve seat which has just been described result directly from the above. As can be understood, each of the valve seats 9a, 9b (see FIG. 1) can be introduced by conventional means inside the housings defined by the orifices 3a and 3b.
Grâce aux nervures 13a, 13b, on obtient une meilleure liaison mécanique entre les sièges de soupapes et la culasse 1 que dans la technique antérieure. Thanks to the ribs 13a, 13b, a better mechanical connection is obtained between the valve seats and the cylinder head 1 than in the prior art.
Cette liaison mécanique améliorée, en particulier dans la direction circonférentielle des sièges de soupapes, permet de mieux lier mécaniquement l'alliage formant la culasse par rapport au siège de soupape, et d'obtenir ainsi un ensemble siège-culasse présentant un comportement mécanique plus homogène, en particulier dans la zone du pontet 11 c. This improved mechanical connection, in particular in the circumferential direction of the valve seats, makes it possible to better mechanically bond the alloy forming the cylinder head relative to the valve seat, and thus to obtain a seat-cylinder head assembly having a more homogeneous mechanical behavior. , in particular in the trigger guard area 11 c.
Cette amélioration de liaison permet de rapprocher le comportement des sièges de soupapes 9a, 9b de celui de la culasse environnante 1. This improvement in connection makes it possible to bring the behavior of the valve seats 9a, 9b closer to that of the surrounding cylinder head 1.
De ce fait, les sollicitations mécaniques et thermomécaniques se répartissent de manière plus équilibrée entre les sièges de soupapes 9a, 9b et le pontet 11 c. As a result, the mechanical and thermomechanical stresses are distributed in a more balanced manner between the valve seats 9a, 9b and the trigger guard 11c.
On peut de la sorte tirer meilleur parti des caractéristiques mécaniques 15 (raideur, résistance...) plus élevées des sièges de soupapes 9a, 9b, et réduire les sollicitations dans le pontet 11 c. In this way it is possible to take better advantage of the higher mechanical characteristics (stiffness, resistance, etc.) of the valve seats 9a, 9b, and reduce the stresses in the trigger guard 11c.
Cette réduction de sollicitations au niveau du pontet 11c permet une augmentation de fiabilité pouvant être exploitée de différentes façons. This reduction in stresses at the bridge 11c allows an increase in reliability which can be exploited in different ways.
Sur la culasse d'un moteur existant par exemple, les sièges de soupapes 20 selon l'invention permettront à la culasse de supporter une augmentation de puissance sans qu'il soit nécessaire de modifier son dessin. On the cylinder head of an existing engine for example, the valve seats 20 according to the invention will allow the cylinder head to withstand an increase in power without it being necessary to modify its design.
Sur un moteur en développement, à fiabilité égale pour les performances visée, les sièges de soupapes selon l'invention permettent de réduire la largeur du pontet 11c et donc d'augmenter le diamètre des soupapes, d'améliorer le 25 remplissage, et d'augmenter la puissance spécifique. On a developing engine, with equal reliability for the targeted performance, the valve seats according to the invention make it possible to reduce the width of the trigger guard 11c and therefore to increase the diameter of the valves, to improve the filling, and to increase the specific power.
Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté fourni uniquement à titre d'exemple illustratif et non limitatif. Of course, the present invention is not limited to the embodiment described and shown provided only by way of illustrative and non-limiting example.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 14 |
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| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 15 |
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| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20180831 |