FR2978065A3

FR2978065A3 - Procede de fabrication de sieges de soupape et culasse de moteur integrant ces sieges de soupape

Info

Publication number: FR2978065A3
Application number: FR1156692A
Authority: FR
Inventors: Jean Marie Malhaire; Cedric Cazaly; Henri Polge; Etienne Saury
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2011-07-22
Filing date: 2011-07-22
Publication date: 2013-01-25

Abstract

Procédé de fabrication d'un siège de soupape sur une culasse (2) de moteur thermique par application d'un revêtement sur la zone de contact de la culasse avec la soupape dans la position de fermeture de celle-ci, caractérisé en ce que l'application du revêtement s'effectue par projection de particules métalliques, céramiques, ou d'un mélange de particules métalliques et céramiques, à basse température sur la culasse (2).

Description

-1- PROCEDE DE FABRICATION DE SIEGES DE SOUPAPE ET CULASSE DE MOTEUR INTEGRANT CES SIEGES DE SOUPAPE La présente invention se rapporte à la fabrication des sièges de soupape de moteurs à combustion interne et aux culasses de moteur dans lesquelles ces sièges de soupape sont intégrés. Plus précisément, elle porte sur un procédé de fabrication d'un siège de soupape sur une culasse de moteur thermique par application d'un revêtement sur la zone de contact de la culasse avec la soupape en position de fermeture. L'invention a également pour objet une culasse 15 intégrant au moins un siège de soupape obtenu par ce procédé. Cette invention concerne les sièges de soupape d'admission et les sièges de soupape d'échappement. Elle Peut être appliquée sur des moteurs ayant un nombre 20 quelconque de soupapes par cylindre. La zone de contact entre la soupape et la culasse est exposée à des contraintes mécaniques et thermiques élevées. Le siège de soupape à l'arrivée du conduit d'admission a pour fonction de recevoir la soupape dans sa position de 25 fermeture, de manière à protéger la culasse, et d'assurer l'étanchéité de la chambre de combustion. Selon une disposition habituelle dans le domaine, les sièges de soupapes sont des pièces frittées, rapportés sur la culasse. Une fois en place, ils sont usinés en même 30 temps que la soupape. Les sièges de soupape rapportés ont un bon comportement mécanique en fonctionnement. Cependant, des complexités de fabrication, d'assemblage et d'usinage, rendent leur utilisation particulièrement onéreuse. Par la publication WO 2010/014 012, on connaît une 35 autre méthode de fabrication d'un siège de soupape constitué de plusieurs couches métalliques, dont une couche intermédiaire à base de nickel et plusieurs couches de contact à base d'alliage d'acier. On propose d'appliquer - 2 - tout d'abord une couche intermédiaire à base de nickel sur la fonte de la culasse préalablement prétraitée, par exemple par placage au laser. Ensuite, une ou plusieurs couches d'un matériau de contact avec la soupape, comprenant un acier à fil durcissant à l'air, sont appliquées par la même technique. Cet assemblage assure une bonne compression des couches de contact et réduit les risques de fissures du siège de soupape à l'usure. Néanmoins, il utilise un procédé de projection thermique sur plusieurs épaisseurs, et présente les mêmes inconvénients de coût et de complexité que la méthode générale indiquée plus haut. La présente invention vise à remplacer les sièges de soupapes rapportés sur la culasse, sans recourir aux procédés de projection thermique de type laser ou plasma. Dans ce but, elle propose d'appliquer sur la culasse un revêtement par projection de particules métalliques, céramiques, ou d'un mélange de particules métalliques et céramiques, à basse température.

De préférence, les particules sont projetées sur la culasse par un flux de gaz à haute vitesse. Elles peuvent alors se déformer plastiquement à l'impact sur la culasse. L'épaisseur du revêtement appliqué sur la culasse 25 peut ainsi varier de 5 à 3000 micromètres. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront clairement de la description d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur 30 lesquels : la figure 1 est un schéma général de fonctionnement du procédé, - la figure 2 illustre un premier mode de réalisation de l'invention, et 35 - la figure 3 illustre un deuxième mode de réalisation de celle-ci. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement le support 1 d'une culasse 2, avec l'emplacement de deux - 3 - sièges de soupape 3. Le procédé proposé fait intervenir principalement un dispositif de projection 4, alimenté par un réservoir de gaz sous pression 6 et un conteneur de poudre métallique 7. Avec un tel dispositif, l'application du revêtement sur la culasse s'effectue par projection de particules métalliques ou céramiques à base température sur la zone de contact entre la culasse et la soupape, afin de former un siège de soupape intégré. L'application du revêtement peut se faire par projection « gazo-dynamique » à basse température, de particules métalliques, céramiques, ou d'un mélange de particules métalliques et céramiques, à basse température. Les particules sont projetées sur la culasse par un flux de gaz à haute vitesse avec un dispositif de revêtement de surface à l'état solide tel que celui de la figure 2. Ce dispositif utilise un flux de gaz à haute vitesse, qui accélère des particules microscopiques de solide sous forme de poudre, pour les projeter sur un substrat où elles se déforment plastiquement et se consolident au moment de l'impact. Le gaz, issu d'une source d'alimentation basse pression 8 est chauffé dans une enceinte 9. Le flux de gaz à haute température est accéléré au travers d'un gicleur 11. En aval du gicleur, il reçoit latéralement des particules de poudre métallique, délivrées par un réservoir 12. Les particules sont accélérées par le flux gazeux et projetées à haute vitesse sur la culasse 2. La température du g a z e s t plus basse qu'avec d'autres procédés de revêtement thermique, comme le plasma. Les températures mises en jeu sont toujours inférieures aux températures de fusion des matériaux projetés. Avec ce procédé, elles se déforment plastiquement à l'impact, avant de consolider sur la culasse. En variante, on peut utiliser un système tel que celui de la figure 3, basé sur le réchauffement et l'accélération des particules de poudre sur la surface traitée, à l'aide de l'explosion d'un gaz. Les poudres issues du conduit d'alimentation 13 sont introduites dans un canon 14, où pénètre une bougie 16. On injecte par exemple de l'oxygène, - 4 - de l'azote et de l'acétylène dans le canon par les buses 17, 18, 19. Les particules sont réchauffées et accélérées par l'explosion des gaz de projection. Bien que plus élevées dans ce cas, les températures auxquelles sont portées les particules restent nettement moins importantes qu'avec les techniques de projection thermique habituelles. Elles restent toujours inférieures à leur température de fusion. Avec cette méthode, le revêtement peut être très dense, et pratiquement dépourvu d'impuretés.

Les revêtements peuvent être constitués de manière non limitative : - d'un mélange de nickel avec d'autres éléments d'alliages en proportions variées (50% à 100 % de nickel, 0 à 20 % d'éléments d'alliages), - d'un mélange de fer avec d'autres éléments d'alliages en proportions variées (50% à 100 % de fer, 0 à 20 % d'éléments d'alliages), ou - d'un mélange de carbure de chrome avec d'autres éléments d'alliages en proportions variées (50% à 100 % de carbure de chrome, 0 à 20 % d'éléments d'alliages). Les épaisseurs de revêtements obtenues varient de 5 à 3000 micromètres. Les matériaux constitutifs des culasses sur lesquels les sièges de soupape sont intégrés sont par exemple des aluminiums alliés avec du silicium, du cuivre, du magnésium, ou du manganèse. Le métal peut avantageusement avoir subi une stabilisation par traitement thermique. Les sièges de soupape intégrés à la culasse obtenus sont particulièrement performants pour leur résistance aux chocs cycliques de la portée de soupape et leur résistance aux températures élevées. Ils sont également résistants à l'oxydation par les gaz de combustion. Enfin, ils sont facilement usinables et bons conducteurs thermiques.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un siège de soupape sur une culasse (2) de moteur thermique par application d'un revêtement sur la zone de contact de la culasse avec la soupape dans la position de fermeture de celle-ci, caractérisé en ce que l'application du revêtement s'effectue par projection de particules métalliques, céramiques ou d'un mélange de particules métalliques et céramiques, à basse température sur la culasse (2).
2. Procédé de fabrication de siège de soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules sont projetées sur la culasse (2) par un flux de gaz à haute vitesse.
3. Procédé de fabrication de siège de soupape selon la revendication 2, caractérisé en ce que les particules se déforment plastiquement à l'impact sur la culasse.
4. Procédé de fabrication selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les températures mises en jeu 20 sont inférieures à la température de fusion des particules.
5. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les particules sont réchauffées et accélérées par l'explosion des gaz de projection.
6. Procédé de fabrication de siège de soupape 25 selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le revêtement est un alliage à base de fer.
7. Procédé de fabrication de siège de soupape selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le revêtement est un alliage à base de nickel. 30
8. Procédé de fabrication de siège de soupape selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le revêtement est un alliage à base de carbure de chrome.
9. Culasse de moteur thermique présentant au moins un des siège de soupape intégré selon un procédé conforme à 35 l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'épaisseur du revêtement varie de 5 à 3000- 6 - micromètres.
10. Culasse selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle est en alliage d'aluminium.