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DANS
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Tif
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METAL
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Molecule
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nickel
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DES
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sodium
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2515728A1
Family ID 3024740
Probable Assignee Rolls Royce
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title SOUPAPE-CHAMPIGNON POUR UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE
Abstract
_________________________________________________________________
L'INVENTION CONCERNE UNE SOUPAPE-CHAMPIGNON POUR MOTEUR A COMBUSTION
INTERNE, QUI COMPREND UN MONOCRISTAL FORME D'UN METAL RESISTANT A
HAUTE TEMPERATURE ET COMPORTANT UNE STRUCTURE CRISTALLINE CUBIQUE A
CENTRAGE SUR FACE, L'AXE 001 DU CRISTAL ETANT AGENCE DANS LA DIRECTION
LONGITUDINALE DE LA SOUPAPE, CE QUI PERMET D'OBTENIR UNE SOUPAPE DE
POIDS LEGER ET RESISTANT BIEN A L'ECHAUFFEMENT, COMME DANS DES MOTEURS
DE HAUTES PERFORMANCES.
Description
_________________________________________________________________
15723
La presente invention concerne une soupape-champignon pour un moteur a
combustion interne.
Dans la conception des moteurs a combustion interne, il existe deux
objectifs principaux L'un d'eux consiste a produire la plus grande
economie possible en carburant-tandis que l'autre consiste a produire
une puissance aussi elevee que possible pour un poids donne Il existe
deux solutions principales a ces problemes, dont l'une consiste a
augmenter le taux de compression total par exemple par turbo-alimenta-
tion tandis que l'autre consiste a reduire autant qu'il est possible
le poids des parties animees d'un mouvement alterna- tif.
La premiere solution augmente inevitablement la tempera- ture a
laquelle sont soumises les parties du moteur formant la chambre de
combustion et, parmi ces composants, les soupa- pes d'echappement sont
soumises aux conditions les plus extremes. L'aptitude de ces soupapes
a resister a des conditions de fonctionnement de plus en plus severes
a constitue un facteur de limitation du developpement de ce type de
moteur.
La seconde solution necessite que les composants animes d'un mouvement
alternatif soient reduits en poids Les soupapes-champignons ont une
influence efficace sur le poids puisqu'une soupape lourde necessite en
correspondance une timonerie d'entrainement qui est lourde On pourrait
par consequent obtenir des avantages substantiels si les soupapes
pouvaient etre aussi que possible.
A l'heure actuelle, les soupapes pour moteurs de hautes performances
sont formees d'alliages a base de nickel forgeables Des tentatives
d'amelioration des performances de ces soupapes ont consiste a
utiliser des compositions d'alliages mieux forgeables, a utiliser un
refroidissement par sodium et a faire intervenir une isolation
thermique qui reduit l'entree de chaleur dans le metal Ces expedients
ont rencontre un certain succes, mais il subsiste toujours une
obligation d'ameliorer les soupapes.
L'utilisation d'un metal coule pour des soupapes-champi- gnons de
hautes performances n'a pas semble etre applicable en pratique En
effet, des pieces coulees sont caracterisees par une fragilite et par
un mauvais controle de qualite, qui peuvent conduire a des variations
considerables des proprietes du fait d'inclusions, de cavites, de
porosites et d'autres defauts Ces caracteristiques sont contraires a
l'imperatif impose a de telles soupapes qui sont soumises a un
martelage repete tres puissant.
On a constate que, dans un procede de coulee, on fait intervenir un
controle de qualite tres pousse et en outre, on peut obtenir de tres
bonnes proprietes du metal en utili- sant un procede faisant
intervenir des alliages choisis avec soin Ce procede de coulee
consiste en un procede de coulee de monocristal et son utilisation
permet de produire des mono- cristaux dont les proprietes sont
differentes des pieces coulees normalement Ainsi, en choisissant
correctement l'alliage, il est possible-d'atteindre une tres haute
resis- tance a des temperatures elevees, une bonne resistance a la
corrosion et une ductilite se rapprochant de celles des mate- riaux
les mieux forges.
Conformement a la presente invention, il est prevu une
soupape-champignon pour moteur a combustion interne, qui comprend un
monocristal d'un metal resistant a haute tempera- ture possedant une
structure cristalline cubique a centrage par une face, l'axe du
cristal etant oriente dans la direction longitudinale de la soupape.
De preference, la soupape est formee d'un superalliage a base de
nickel et la tige de la soupape peut etre creuse pour reduire le poids
et par consequent les charges parasites dues au metal.
D'autres avantages et caracteristiques de l'invention ressortiront de
la description qui va suivre, en reference aux dessins annexes dans
lesquels: les figures 1 a 3 montrent des etapes successives
d'utilisation de l'appareil servant a la fabrication de soupapes
conforme a l'invention, la fig 4 est une coupe de la soupape fabriquee
dans l'appareil des figures 1 a 3, et la figure 5 represente le moule
utilise dans un autre mode de realisation.
Sur la fig 1, on a represente en coupe un appareil pour produire une
piece coulee monocristalline, se composant de trois chambres, a savoir
une chambre superieure de fusion
, une chambre centrale de coulee 11 et une chambre infe- rieure de
decharge 12 La chambre superieure de fusion comprend un creuset 13 qui
contient une charge de metal 14, constitue dans le cas considere par
un superalliage a base nickel Le creuset comporte un trou de coulee 15
qui est obture par un tampon fusible 16 et qui est entoure par l'axe
17 d'un dispositif de chauffage par induction.
Le trou de coulee 15 du creuset 13 colncide avec le passage d'entree
18 de la chambre de coulee 11 La chambre 11 se compose
fondamentalement d'un four, comportant des parois isolees 19 et des
elements electriques de chauffage La voute 21 du four comporte le
passage d'entree 18 tandis que la sole 22 du four comporte une
ouverture qui est dimensionnee de maniere a permettre le passage d'un
element porteur 24 refroidi par water Cet element porteur est monte
sur un piston 25 de facon a deplacer verticalement avant la chambre de
coulee 11 et la chambre de decharge 12 En service, l'element porteur
24 supporte un moule qui sera decrit en detail dans la suite.
La chambre de decharge 12 comprend une paroi 26 equipee de tubes de
refroidissement par water 27 On voit que, lorsque les elements
chauffants 20 et les tubes de refroidissement 27 sont en service, un
front de chaleur est produit au voisinage de l'ouverture 23 entre la
chambre chaude de coulee 11 et la chambre de decharge 12 refroidie Le
fonctionnement de l'appareil depend de l'existence de ce front de
chaleur.
La sortie finale de l'appareil comprend le moule 28 en ceramique Ce
moule est realise de la maniere normale pour un moule en coquille, un
modele en cire ayant la forme requise etant forme et etant revetu
d'une coquille constituee d'un materiau-ceramique On fait ensuite
fondre la cire et le moule est chauffe pour acquerir sa resistance.
Le moule est forme de quatre sections, a savoir une section d'amorcage
29, un selecteur 30, une cavite de moulage proprement dite 31 et une
cuvette de coulee 32 La section d'amorcage 29 est ouverte a sa partie
inferieure et elle coincide avec la surface superieure de l'element
porteur 24 qui obture la section d'amorcage A-l'interieur de la
section d'amorcage, comme cela sera decrit de facon plus detaillee
dans la suite, une structure a grains en colonnes est formee.
La partie du moule situee au-dessus de la section d'amorcage comprend
un passage helicoidal etroit qui forme un selecteur 30 La fonction du
selecteur est de ne laisser continuer a grossir que l'un des
differents grains grossis- sant dans la section d'amorcage 29
Au-dessus du selecteur, il est prevu la cavite principale de moule 31
Comme on pourrait s'y attendre, cette cavite a la forme de la soupape
a fabriquer, c'est-a-dire qu'elle delimite une partie-tige qui s'evase
graduellement pour former une partie-tete elargie.
Dans le cas considere, la tige est situee en bas de la cavite tandis
que la tete est situee en haut Finalement une cuvette de coulee 32 est
formee au-dessus de la cavite de moulage et elle creee un passage en
forme d'entonnoir permettant l'introduction du metal en fusion.
Lors de l'utilisation de l'appareil, le moulage 28 est initialement
place dans la chambre chaude de coulee 11, comme indique sur la fig 1,
une charge de metal 14 etant placee dans le creuset 13 Les
enroulements 17 sont excites de facon a faire fondre la charge de
metal, qui fait fondre a son tour le tampon-fusible 16 de maniere a
parvenir par l'interme- diaire du trou de coulee 15, du passage
d'entree 18 et de la cuvette de couleee 32 dans le moule 28 Le metal
en fusion remplit correctement le moule.
Le piston 25 est ensuite actionne de maniere a faire sortir lentement
le moule rempli de la chambre de coulee 11 et a la faire penetrer dans
la chambre refroidie de decharge
12, tandis que simultanement l'element porteur 24 est refroidi.
Il en resulte que de la chaleur est evacuee de la base du moule et, du
fait du mouvement du moule au travers du front de chaleur existant
entre les chambres 11 et 12, le metal en fusion se trouvant dans le
moule se solidifie progressive- ment a partir de la base et vers le
haut Cela etablit les conditions necessaires pour la production de
grains en colon- ne dans la chambre d'amorcage 29.
Ces grains en colonne grossissent dans la chambre d'amorcage 29 a
mesure que le front de solidification progresse et jusqu'a ce qu'il
atteigne le passage selecteur helicoidal 30 (cela correspond a la
condition indiquee sur la fig 2) La conformation du passage permet le
grossisement d'un des grains qui arrete alors celui des autres, d'o il
en resulte la correction de seulement un grain qui grossit au travers
du passage et dans la cavite principale 31 o il continue a grossir
avec le profil desire et sous la forme d'un monocristal Le cristal est
oblige par ce processus de grossir de maniere que son axe and #x003C;
001) soit oriente dans la direction longitudinale du moule, et par
consequent de la soupape produite.
Le transfert du moule dans la chambre 12 est poursuivi jusqu'a ce
qu'il soit completement sorti et que le metal fondu soit completement
solidifie Le moule et son contenu peuvent alors etre souleves de
l'element porteur et le moule est enleve mecaniquement ou autrement du
metal coule Il est alors necessaire de separer la soupape coulee des
parties auxiliaires de metal coule qui ont rempli le selecteur et la
cuvette de coulee et on peut alors effectuer un usinage additionnel La
figure 4 montre la soupape quand elle est terminee.
Il est souhaitable de realiser la soupape avec une tige creuse Ce
probleme peut etre resolu, comme indique sur la fig 5, en disposant un
noyau en ceramique 33 a l'interieur du moule Le noyau 33 definit la
cavite a former dans la sou- pape produite finalement et il doit etre
enleve de la soupape apres coulee.
Il est a noter qu'on peut utiliser d'autres procedes de production,
par exemple en utilisant des cristaux d'ense- mencement a la place du
selecteur des figures 1 a 3 Egalement le profil specifique de la
soupape peut etre modifie par rapport a celui represente et le metal
utilise n'a pas besoin d'etre obligatoirement un superalliage a base
de nickel. Il est a noter que les soupapes conformes a l'invention,
combinant d'autres caracteristiques, permettent d'isoler le cylindre
d'un moteur pour reduire les pertes de chaleur dans le fluide de
refroidissement Cela augmente evidemment la temperature des soupapes
et il est par consequent necessaire d'appliquer la presente invention
Cependant cette diminution de la chaleur perdue permet d'augmenter les
rapports puisssance/poids et puissance/volume unitaire dont on obtient
egalement une tres grande amelioration du rendement d'utili- sation du
carburant.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1 Soupape-champignon pour un moteur a combustion interne, caracterisee
en ce qu'elle comprend un monocristal forme d'un metal resistant a
haute temperature et presentant une structure cristalline cubique a
centrage sur face, l'axe du cristal etant oriente dans la direction
longitudinale de la soupape.
2 Soupape-champignon selon la revendication 1, caracte- risee en ce
que ledit metal comprend un superalliage a base de nickel.
3 Soupape-champignon selon l'une des revendications 1 ou 2,
caracterisee en ce qu'elle comporte une tige creuse.
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