FR3015556A3 - Joint pour une soupape d'un moteur a combustion interne - Google Patents

Abstract

La soupape comprend un élément de guidage (7) définissant un siège traversant, et une tige mobile (8) coulissant dans un tel siège ; le joint comprend un élément d'étanchéité (12) déformable élastiquement, de forme annulaire et adapté pour être placé à l'extérieur sur la soupape (2) pour coopérer avec l'élément de guidage et la tige, et un organe de support (13) monobloc, de forme annulaire et agencé coaxialement sur une partie de l'élément d'étanchéité (12). L'organe de support (13) comprend une portion principale (25) tubulaire, coopérant avec l'élément d'étanchéité (12), et une bride (28, 28') annulaire, dépassant radialement vers l'extérieur de la portion principale (25), adaptée pour permettre l'assise du joint (1, 1') sur le moteur (3) et recevoir des charges opérationnelles de la soupape (2). L'organe de support (13) est réalisé en matière plastique et la bride (28, 28') présente une épaisseur (S1, S1'), différente de l'épaisseur radiale (S2) de la partie principale (25).

Description

JOINT POUR UNE SOUPAPE D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention concerne un joint pour une soupape d'un moteur à combustion interne. On connaît les moteurs à combustion interne pour 5 véhicules, comprenant une culasse ayant un ou plusieurs cylindres, à l'intérieur desquels est réalisé le cycle moteur, et qui sont mis en communication avec les chambres de combustion respectives du moteur lui-même. Des sièges appropriés sont en outre réalisés sur ladite 10 culasse, destinés à mettre la chambre de combustion en communication avec des conduits adaptés pour introduire un mélange de carburant non brûlé et d'air dans ladite chambre (« conduits d'admission »), et pour éliminer les gaz de combustion (« conduits d'échappement ») de 15 ladite chambre de combustion. Les écoulements provenant de et vers chaque chambre de combustion sont régulés par des soupapes appropriées agissant sur lesdits sièges. Notamment, chaque soupape comprend essentiellement un élément de 20 guidage fixé au sein d'une cavité de la culasse de moteur et une tige mobile en coulissement dans dés directions opposées au sein d'un siège traversant défini par l'élément de guidage et supportant une portion de fermeture au niveau d'une extrémité pour 25 fermer la liaison entre le conduit d'admission ou d'échappement relatif et la chambre de combustion correspondante. L'extrémité opposée de la tige de soupape dépasse axialement de l'élément de guidage relatif et est 30 adaptée pour recevoir des forces d'entraînement provenant d'un dispositif de commande relatif, tel qu'un arbre à cames. La tige de soupape est chargée axialement par un ressort hélicoïdal cylindrique dans la direction de fermeture de la liaison entre le conduit d'admission ou d'échappement relatif et la chambre de combustion correspondante. En particulier, le ressort est monté coaxialement autour de la soupape et est intercalé axialement entre une surface fixe formée sur la culasse de moteur et une plaque fixée sur la tige de soupape à proximité ou au niveau de l'extrémité de la tige elle-même coopérant avec le dispositif de commande. Des joints d'étanchéité sont normalement installés sur les soupapes du type décrit ci-dessus pour l'huile lubrifiante circulant normalement dans les moteurs. Ces joints, dans l'une des formes les plus communément connues, comprennent un organe de support ou de renforcement, de forme sensiblement tubulaire et réalisé monobloc en matériau métallique, et un élément d'étanchéité annulaire, réalisé en matériau élastomérique et intercalé entre l'organe de support et la soupape. En particulier, l'élément d'étanchéité comprend typiquement une première portion adaptée pour coopérer, à travers une surface radiale intérieure de celui-ci, avec la surface radiale extérieure de la portion de l'élément de guidage faisant face en utilisation audit dispositif de commande, et une seconde portion adaptée pour coopérer directement avec la tige de soupape.

Les joints du type décrit ci-dessus sont largement utilisés sur tous les moteurs à combustion interne pour réguler la quantité d'huile lubrifiante qui s'écoule de la zone de distribution aux chambres de combustion. Un écoulement excessif d'huile lubrifiante, outre une consommation excessive évidente de l'huile elle-même, provoque une détérioration du rendement moteur et une réduction de la performance du catalyseur de véhicule. D'autre part, un écoulement insuffisant provoque une augmentation de l'usure et du bruit des soupapes accompagnée par la présence de pics de température locaux. Ces phénomènes peuvent conduire à une défaillance prématurée des soupapes en conséquence du grippage de la tige des soupapes elles-mêmes à l'intérieur de l'élément de guidage. Les joints connus permettent, à travers la première portion de l'élément d'étanchéité agissant sur l'élément de guidage de la soupape relative, d'obtenir une étanchéité statique et, à travers la seconde portion de l'élément d'étanchéité coopérant avec la tige, d'obtenir une étanchéité dynamique. En particulier, l'étanchéité statique doit garantir un certain degré de compression radiale sur l'élément de guidage afin d'empêcher la fuite d'huile lubrifiante vers les chambres de combustion et en même temps conserver le joint lui-même en position, tandis que l'étanchéité dynamique est prévue pour permettre l'écoulement minimal d'huile nécessaire pour lubrifier le raccord entre la tige et l'élément de guidage.

L'organe de support consiste en un corps tubulaire métallique d'épaisseur constante et il comprend - une . portion principale, sensiblement cylindrique ; - une première bride annulaire, s'étendant radialement vers l'intérieur depuis une extrémité 5 axiale de la portion principale et en partie incorporée dans un siège annulaire de l'élément d'étanchéité ; et - une seconde bride annulaire s'étendant radialement vers l'extérieur depuis une extrémité axiale opposée de la portion principale et adaptée pour 10 être poussée contre ladite surface fixe de la culasse de moteur par l'action du ressort sur la tige de soupape. En pratique, la seconde bride annulaire de l'organe de support définit une surface de butée pour 15 une extrémité axiale du ressort et reçoit les charges opérationnelles normales provenant de ce dernier. La seconde bride annulaire permet en outre la mise en oeuvre opérationnelle du joint dans la position souhaitée sur la soupape. 20 Le besoin se fait sentir d'avoir des joints capables de réguler efficacement l'écoulement d'huile lubrifiante vers les chambres de combustion et, en même temps, qui soient plus rentables, plus légers et d'une plus grande simplicité de construction en comparaison 25 aux solutions connues, en particulier dans le cas d'une utilisation sur de gros moteurs. L'objectif de la présente innovation est de proposer un joint pour une soupape d'un moteur à combustion interne qui permet de satisfaire au moins 30 l'un des besoins ci-dessus de manière simple et rentable.

Deux modes de réalisation préférés sont décrits ci-après pour une meilleure compréhension de la présente innovation à titre d'exemples non limitatifs uniquement et en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue partiellement en coupe et en perspective d'une portion d'un moteur à combustion interne pourvu d'un joint à symétrie axiale pour une soupape selon un mode de réalisation, qui n'est pas un objet de la présente innovation ; la figure 2 est une vue en coupe axiale à l'échelle agrandie du joint de la figure 1 ; et la figure 3 est une vue en coupe axiale d'un mode de réalisation différent d'un joint selon la présente innovation. En référence aux figures 1 et 2, la référence numérique 1 indique dans l'ensemble un joint pour une soupape 2 d'un moteur à combustion interne 3, connu en soi et montré sur la figure 1 que dans la mesure nécessaire pour comprendre la présente innovation. Plus en détail, sur la figure 1 le moteur 3 est uniquement représenté par une portion 4 d'une culasse 5, qui définit de manière connue une chambre de combustion (non visible sur la figure 1 mais agencée sous la portion 5 de la culasse 4 représentée), à l'intérieur de laquelle un carburant est oxydé en présence d'air de combustion de façon à transformer l'énergie chimique contenue dans le carburant en énergie de pression.

La chambre de combustion reçoit de manière connue, à travers une ouverture de celle-ci, un mélange comprenant le carburant et l'air de combustion et évacue, à travers une autre ouverture, le gaz de combustion et l'air au niveau de l'extrémité du processus de combustion.

Les écoulements vers et en provenance de la chambre de combustion sont régulés par des soupapes respectives 2 du type mentionné ci-dessus, agissant sur lesdites ouvertures de la chambre de combustion elle-même.

La description qui suit mentionnera une seule soupape 2 à des fins de simplicité, étant bien entendu que les mêmes caractéristiques décrites sont présentes dans chaque soupape de ce type utilisé dans le moteur 3. En référence aux figures 1 et 2, la soupape 2 est 15 logée dans un siège 6 traversant, qui est formé dans une portion 5 de la culasse 4 et contient normalement de l'huile lubrifiante. La soupape 2 comporte un axe A et comprend un élément de guidage 7 tubulaire installé par 20 interférence à l'intérieur du siège 6, et une tige 8 mobile en coulissement dans des directions opposées le long de l'axe A au sein de l'élément de guidage 7. Plus en détail, la tige 8 dépasse de côtés opposés de l'élément de guidage 7 et est pourvue, au niveau de 25 ses extrémités axiales opposées, fermeture 9, destiné respectivement, d'un à engager de façon élément de étanche l'ouverture relative dans la chambre de combustion, et un élément ou une plaque d'actionnement 10 adapté(e) pour recevoir des forces 30 d'entraînement en provenance d'un mécanisme de commande, connu en soi et non représenté, tel qu'un arbre à cames.

Un joint relatif 1 est installé à l'extérieur sur la portion d'extrémité axiale de l'élément de guidage 7, à partir de laquelle dépasse l'extrémité de la tige 8 pourvue de la plaque 10, entourant coaxialement à la fois l'élément de guidage 7 et la tige 8. La soupape 2 comprend en outre un ressort 11, dans l'exemple représenté du type hélicoïdal, qui coopère, au niveau de ses extrémités mutuellement opposées, avec la plaque 10 et avec une partie du joint 1 (décrit plus en détail ci-après) appuyée axialement contre une surface fixe 4a annulaire avec l'axe A de la portion 4 de la culasse 5. Le ressort 11 est adapté pour générer une force de rappel élastique sur la tige 8 de façon à toujours la 15 garder en contact, au niveau de l'élément de fermeture 9, avec le mécanisme de commande. En référence notamment à la figure 2, le joint 1 est de forme annulaire par rapport à un axe coïncidant, dans des conditions d'ensemble, avec l'axe A. 20 Plus précisément, le joint 1 comprend essentiellement un élément d'étanchéité 12, de forme annulaire et réalisé en matériau élastomérique, et un organe de support 13 agencé coaxialement sur l'élément d'étanchéité 12 pour appuyer ce dernier, dans une 25 direction radiale par rapport à l'axe A, sur l'élément de guidage 7 et sur la tige 8 de la soupape 2. En pratique, l'élément d'étanchéité 12 est intercalé coaxialement entre l'organe de support 13 et la soupape 2. 30 L'élément d'étanchéité 12 définit, en se dirigeant le long de l'axe A vers l'élément de fermeture 9 de la tige 8, tout d'abord une partie d'étanchéité 14 dynamique, adaptée pour permettre le passage d'un écoulement minimal d'huile nécessaire pour la lubrification du raccord entre la tige 8 et l'élément de guidage 7, et ensuite une partie d'étanchéité 15 statique pour empêcher l'écoulement d'huile vers la chambre de combustion. Plus en détail, l'élément d'étanchéité 12 est délimité par deux sections 16, 17 d'extrémité axiale en 10 forme de disque, opposées l'une à l'autre, par une surface circonférentielle intérieure 18 adaptée pour coopérer en partie avec la tige 8 et en partie avec l'élément de guidage 7 pour obtenir les parties d'étanchéité 14 et 15, et une surface circonférentielle 15 extérieure 19 adaptée pour être couplée à l'organe de support 13 et à un collier élastique 20 annulaire de façon à appuyer sur la surface circonférentielle intérieure 18 sur la tige 8. La section 16, dans des conditions d'ensemble, 20 fait face vers le mécanisme de commande et est traversée par la tige 8 ; la section 17, dans des conditions d'ensemble, fait face vers la chambre de combustion et est traversée à la fois par la tige 8 et par l'élément de guidage 7. 25 La surface circonférentielle intérieure 18 de l'élément d'étanchéité 12 comprend, dans une section 16 adjacente de position, une section 21 de diamètre minimal, adaptée pour être appuyée radialement par le collier élastique 20 contre la tige 8 pour définir une 30 ligne d'étanchéité dynamique circonférentielle (partie d'étanchéité 14) qui permet, grâce au raccord coulissant avec la tige 8 elle-même, la fuite d'un écoulement minimal d'huile. La surface circonférentielle intérieure 18 de l'élément d'étanchéité 12 comprend également, dans une section 17 adjacente de position, une portion sensiblement cylindrique 22 dotée de petites ondulations, adaptée pour être appuyée radialement par l'organe de support 13 contre l'élément de guidage 7 de façon à définir une zone d'étanchéité statique cylindrique (partie d'étanchéité 15). La surface circonférentielle extérieure 19 comprend une première portion sensiblement cylindrique 23, opposée à la portion 22 de la surface circonférentielle intérieure 18 et capable de coopérer avec l'organe de support 13, et une seconde portion 24, dépassant de l'organe de support 13 et coopérant avec le collier élastique 20. L'organe de support 13 est réalisé monobloc et comprend : - une portion principale 25, sensiblement cylindrique et tubulaire ; - une première bride annulaire 26, s'étendant radialement vers l'intérieur depuis une extrémité axiale de la portion' principale 25 et en partie incorporée dans un siège annulaire 27 de l'élément d'étanchéité 12 dans la zone de transition entre les portions 23 et 24 ; et - une seconde bride 28 annulaire s'étendant radialement vers l'extérieur depuis une extrémité 30 axiale opposée de la portion principale 25 et adaptée pour être positionnée en utilisation sur la surface fixe 4a de la portion 4 de la culasse 5 de moteur 3 par l'action du ressort 11 de la soupape 2. En pratique, la portion principale 25 et la bride 26 définissent dans l'ensemble la partie de 5 l'organe de support 13 qui interagit avec l'élément d'étanchéité 12, tandis que la bride 28 définit la partie de l'organe de support 13 lui-même adapté pour permettre le positionnement du joint 1 sur la portion 4 de la culasse 5 de moteur 3 et par rapport à l'élément 10 de guidage 7 de la soupape 2. La bride 28 est adaptée pour recevoir en utilisation des charges opérationnelles provenant du ressort 11 de la soupape 2 et pour amener le joint 1 à la position souhaitée sur la soupape 2. 15 La portion principale 25 coopère avec la portion 23 de la surface circonférentielle extérieure 19 de l'élément d'étanchéité 12 et comprend essentiellement : - une première portion cylindrique 32 adjacente à 20 la bride 26 ; et - une seconde section cylindrique 33 adjacente à la bride 28, ayant un diamètre extérieur supérieur au diamètre extérieur de la portion cylindrique 32 et raccordée à celle-ci au moyen d'une portion de 25 raccordement conique 34. En pratique, la portion principale 25 a des dimensions radiales qui augmentent par rapport à l'axe A, en se dirigeant de sa portion cylindrique 32 vers sa portion cylindrique 33. 30 L'organe de support 13 est totalement réalisé en matériau plastique ; de préférence, l'organe de support 13 peut être réalisé en matériau thermoplastique haute performance doté d'excellentes propriétés de résistance mécanique et thermique, capable de remplacer les fonctions des matériaux 5 métalliques dans les applications statique et dynamique ; le matériau thermoplastique formant l'organe de support 13 peut être ou non renforcé par des agents appropriés, tels que des agents organiques ou inorganiques. 10 La bride 28 a une épaisseur S1, dans une direction parallèle à l'axe A, différente de l'épaisseur radiale S2 de la portion principale 25 et de l'épaisseur S3, dans une direction parallèle à l'axe A lui-même, de la bride 26. 15 Dans le mode de réalisation de la figure 2, l'épaisseur S1 de la bride 28 dans une direction parallèle à l'axe A est supérieure à l'épaisseur radiale S2 de la portion principale 25 et à l'épaisseur S3, dans une direction parallèle à l'axe A 20 lui-même, de la bride 26. Dans- le cas spécifique représenté, l'épaisseur radiale S2 de la portion principale 25 est identique à l'épaiseur S3, dans une direction parallèle à l'axe A, de la bride 26. 25 Sur la figure 3, la référence numérique 1' indique globalement un joint selon la présente innovation ; le joint 1' est décrit ci-après uniquement en ce qu'il diffère du joint 1, indiquant avec les mêmes références numériques des parties qui sont égales ou équivalentes 30 aux parties déjà décrites.

Notamment, le joint 1' diffère du joint 1 essentiellement en ce que l'organe de support 13, réalisé totalement en matériau plastique, comprend une bride 28' ayant, dans une direction parallèle à l'axe A, une épaisseur S1' plus petite que l'épaisseur radiale S2 de la portion principale 25, et en ce qu'il est en outre pourvu d'un insert annulaire 35 rigide, réalisé en un matériau autre qu'un matériau plastique et agencé sur le côté de la bride 28' destinée à recevoir les charges opérationnelles de la soupape 2. En pratique, l'insert annulaire 35 s'étend sur un côté de la bride 28' et coopère directement avec une extrémité axiale du ressort 11 de la soupape 2. Dans le cas spécifique représenté sur la figure 3, 15 l'insert annulaire 35 consiste en une rondelle. Dans le mode de réalisation préféré, l'insert annulaire 35 est réalisé en matériau métallique. Dans l'exemple représenté, l'insert annulaire 35 est collé directement sur le côté de la bride 28' 20 faisant face vers le ressort 11. Selon une variante possible non représentée, l'insert annulaire 35 peut être couplé à la bride 28' pendant l'opération de moulage de cette dernière. Un examen des particularités du joint 1' réalisé 25 selon les enseignements de la présente innovation montre clairement les avantages qu'il permet d'obtenir. Notamment, la réalisation de l'organe de support 13 en un matériau plastique permet d'obtenir, comparé à des joints connus, une réduction du poids 30 total et du coût total du joint 1'.

En outre, le fait d'utiliser un matériau plastique permet une facilité remarquable de moulage de l'organe de support 13 dans différentes configurations, qui ne sont habituellement pas possibles dans le cas de matériaux métalliques ; en particulier, il est possible de faire varier l'épaisseur de certaines parties, telle que la bride 28', qui est celle soumise en utilisation à la charge du ressort 11. Une telle bride (28), dans le cas du joint 1', est réalisée avec une épaisseur S1' plus petite que les épaisseurs S2, S3 des autres parties (25, 26) du joint 1' lui-même, et est configurée pour recevoir un insert annulaire 35 en matériau métallique destiné à coopérer directement avec le ressort 11 de la soupape 2.

Enfin, il apparaît clairement que des modifications ou variations peuvent être apportées au joint 1' décrit et représenté ici.

Claims (6)

1. REVENDICATIONS1. Joint (1, 1') pour une soupape (2) d'un moteur à combustion interne (3), ladite soupape (2) comprenant un élément de guidage (7) définissant un siège traversant, et une tige mobile (8) coulissant dans ledit siège ; ledit joint (1, 1') comprenant : un élément d'étanchéité (12) deformable élastiquement, de conformation annulaire par rapport à un axe (A) et adapté pour être agencé à l'extérieur sur ladite soupape (2) pour coopérer à la fois avec l'élément de guidage (7) et avec ladite tige (8) ; et - un organe de support (13) monobloc, de conformation annulaire et agencé coaxialement sur au moins une partie dudit élément d'étanchéité (12) de sorte que ce dernier soit appuyé radialement entre ledit organe de support (13) et ladite soupape (2) ; caractérisé en ce que : ledit organe de support (13) comprend une portion principale (25) tubulaire, coopérant avec ledit élément d'étanchéité (12), et une bride (28, 28') annulaire, dépassant radialement vers l'extérieur de ladite portion principale (25), et est adapté pour permettre à la fois le positionnement dudit joint (1, 1') sur ledit moteur (3) et pour recevoir des charges opérationnelles de ladite soupape (2) ; ledit organe de support (13) est réalisé en matériau plastique ; - ladite bride (28, 28') a une épaisseur (S1, S1'), dans une direction parallèle audit axe (A), différentede l'épaisseur radiale (S2) de ladite portion principale (25) ; et - ladite épaisseur (S1') de ladite bride (28') dans une direction parallèle audit axe (A) est plus 5 petite que ladite épaisseur radiale (S2) de ladite portion principale (25) ; et en ce que ledit joint (1') comprend un insert annulaire (35) rigide, réalisé en un matériau différent dudit matériau plastique et agencé sur le côté de ladite bride (28') -destinée à recevoir 10 les charges opérationnelles de ladite soupape (2).
2. 2. Joint (1, 1') selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit insert annulaire (35) est constitué d'une rondelle. 15
3. 3. Joint (1, 1') selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit insert annulaire (35) est réalisé en matériau métallique. 20
4. 4. Joint (1, 1') selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit insert annulaire (35) est collé directement sur le côté de ladite bride (28') destinée à recevoir les charges opérationnelles de ladite soupape (2). 25
5. 5. Joint (1, 1') selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit insert annulaire (35) est couplé à ladite bride (28') -pendant une opération de moulage de la bride (28') 30 elle-même.
6. 6. Joint (1, 1') selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite bride (28') s'étend depuis une extrémité axiale de ladite portion principale (25).