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Perfectionnements apportés aux soupapes fonctionnement périodique, notamment aux soupapes d'échappement des moteurs à combustion interne.
La présente invention a pour objet des perfec- tionnements apportés aux soupapes à fonotionnement périodique et plus spécialement aux soupapes d'échappement des moteurs à combustion interne ; ces perfectionnéments sont relatifs principalement au guidage de la tige de la soupape et à la forme du conduit de passage des gaz.
L'une des particularités de l'invention réside dans le fait que le guide de la tige de soupape est
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placé complètement ou en majeure partie en dehors du passage des gaz, la paroi'interne de ce passage étant munie d'une saillie ou protubérance qui contient complètement ou en majeure partie le guide de la soupape.
Suivant une autre particularité de la présente invention, la soupape présente une forme telle que toutes les surfaces qui limitent le passage des gaz à travers la soupape soient établies conformément aux principes de l'écoulement de l'air. Dans ce but, la paroi interne du bottier de la soupape et la surface latérale de la tête de cette dernière qui est située en regard du bottier, ainsi que la surface extérieure de la tige de soupape (et que le guide de la soupape s'il pénètre dans une mesure impor- tante dans le passage des gaz) ont une forme telle que la section transversale de passage des gaz, mesurée dans le sens perpendiculaire ou approximativement perpendiculaire à la direction d'écoulement du fluide, varie graduellement ou reste constante tout le long du passage,
que la soupape soit complètement ouverte ou qu'elle soit en période d'ouverture ou de fermeture
Suivant une caractéristique de la soupape objet de l'invention, la section transversale du passage des gaz prend une forme en coeur plus ou moins accentuée le long de la partie de ce passage où la paroi interne de celui-ci présente la protubérance qui contient le guide de la soupape.
Ce mode de construction de la soupape présente pour avantage que le passage des gaz. offre la plus faible résistance possible à l'écoulement du fluide et que la formation de tourbillons est empêchée dans la
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soupape. Si, en donnant une forme particulière à toutes les surfaces -internes du ou des passages de la soupape, on fait en sorte que la section transversale croisse par exemple linéairement ou presque depuis le siège de la soupape jusqu'à l'ouverture d'évacuation, la vitesse d'écoulement àtravers la soupape décroîtra progressivement et régulièrement et,en même temps, le fluide traversera le passage sans formation de tourbillons car il n'existera nulle part dans le passage de variations sensibles ou brusques de sa section transversale.
Le montage précité du guide de la soupape dans une protubérance s'étendant à l'intérieur du passage à partir de la paroi interne de celui-ci assure un bon guidage de la tige de soupape à une distance relativement faible du siège de la soupape dans le boîtier sans qu'il en résulte un accroissement de résistance au passage des gaz ou la formation de tourbillons, parce que la section transversale du passage a une forme en coeur le long de laprotubérance et que son aire varie progres- sivement ou est constante à cet endroit.
La description qui va suivre, en regard du dessin annexé,donné à titre d'exemple, fera bien comprendre de quelle manière l'invention peut être réalise.
La fig. 1 montre en élévation, partie en coupe longitudinale,une forme d'exécution de la soupape.
Les fig. 2 à 7 sont des coupes transversales par 11-11 à VII-VII de la fige 1.
La fig. 8 représente en plan l'allure de quelques courbes a, b, c ........... ! montrant la forme de la pro-
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tubérance qui s'étend depuis la paroi jusque dans le passage et qui contient totalement ou en majeure partie le guide de la soupape, ces courbes étant également représentées en élévation sur la fig. 1.
La fig. 9 est un diagramme montrant la variation de la section transversale du passage depuis le siège de la soupape jusqu'à l'orifice d'évacuation.
La fig. 10 est une coupe transversale d'une forme d'exécution d'un guide de soupapetel qu'il peut être établi lorsque l'extrémité inférieure de ce guide fait saillie notablement dans le passage des gaz.
Sur les fig. 1 à 7, le boitier de la soupape est désigné par A., la tige de la soupape par B et le guide de cette tige par C. Sur la fig. 1, une série de coupes sont indiquées par les lignes I-I à VII-VII, les plans de toutes ces coupes passant par une droite dont la trace est représentée sur la fig. 1 par le point 0. Ce point constitue en même temps le centre de l'arc de cercle formant la courbe de raccordement entre la partie horizontale et la partie presque verticale de la ligne qui limite la surface interne du passage des gaz à droite et en bas de la fig. 1. Les fig. 2 à 7 montrent de quelle manière la section transversale varie depuis le voisinage de l'endroit où le passage des gaz est vertical jusqu'à l'endroit où il est horizontal.
Selon l'invention, le guide de soupape C est contenu totalement ou en majeure partie dans une saillie ou protubérance D qui se raccorde progressivement à la paroi interne du boîtier de la soupape. La passage des gaz et la protubérance D ont une forme telle que la sec-
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tion transversale varie graduellement le long de la pro- tubérance dont la forme est figurée par les courbes a, b, ......... i (fig. 1); l'allure horizontale de ces courbes est représentée fig. 8. Leurs points d'intersec- tion avec les plans de coupe IV-IV à VII-VII sont désignés par a4, b4, etc....... a7, b7, etc..... sur les fig.
4 à 7.
La fig. 9 montre graphiquement la variation de la section transversale en fonction de la distance moyenne du chemin, de gaz dans la soupape. A côté des sections transversales correspondant aux plans de coupe I-I à VII-VII de la fig. l, la fig. 9 indique les valeurs de la section transversale au siège de la soupape, en quatre endroits différents désignés par 1, 2, 3,4 sur la fig. 1.
Comme le montre la fig. 1, le diamètre intérieur du passage des gaz va en croissant vers le haut partir du siège, tandis que le diamètre de la tige de la soupape décroît en même temps. La conformation du passage des gaz et de la protubérance pour le guide de soupape selon les fig. 1 à 8 .produit la variation linéaire de la section transversale de la soupape représentée sur la fig. 9, depuis son siège jusqu'à son orifice d'évacuation.
Cette variation graduelle de la section permet au fluide de traverser le passage des gaz avec une perte de charge très réduite, c'est-à-dire avec une très faible résistance à l'écoulement?
On voit sur la fig. 1 que le siège de la soupape et la portée correspondante de la tête de la soupape sont, en coupe verticale, c'est-à-dire en coupe par des plans passant par l'axe de la soupape, tangents aux courbes
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qui limitent les surfaces voisines, ou bien qu'ils forment au moins des angles assez obtus avec ces courbes pour que les bords du siège et de la portée ne puissent provoquer aucune formation de tourbillons dans le fluide qui s'écoule.
Le fait que le siège et la portée de la soupape sont situés complètement ou approximativement dans le même plan que les surfaces voisines présente également l'avantage que, pratiquement, les bords du siège et de la portée ne peuvent être les points de départ de fendillements ou crevasses dans la matière, ce qui est fréquemment le cas avec les sièges de soupapes qui forment des angles aigus avec les surfaces voisines.
On voit également sur la fig. 1 que le côte de la tête de soupape qui est tourné vers le passage des gaz présente la forme d'une surface conique très inclinée et que cette surface se raccorde par un arrondi progressif à la tige conique B de la soupape qui est très large à son extrémité inférieure. La forme donnée à la paroi interne du passage des gaz et au côté de la tête de soupape qui fait vis-à-vis au bottier de la soupape, aussi bien qu'à la paroi externe de la tige de soupape - forme qui a été décrite plus haut - produit également la suppression des tourbillons pendant les p ériodes d'ouverture et de fermeture de la soupape, ainsi qu'une variation progressive de la section transversale du passage des gaz tout le long du chemin du fluide lorsque la soupape est fermée.
Si l'on suppose que la soupape doit être fermée, on voit d'après la fig. 1 que les sections transversale* 1, 2,3, 4 croîtront graduellement depuis le siège de
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la soupape jusque la ligne 4, de telle sorte que, pendant les périodes d'ouverture et de fermeture, les sections transversales de passtge des gaz varieront progressivement tout le long du trajet d'écoulement du fluide.
Dans sa forme d'exécution représentée fig. 1, le guide de soupape C s'étend un peu dans le passage des gaz, mais cela n'est pas nécessaire, car ce guide peut être complètement enfermé dans la protubérance D. Lorsque l'extrémité inférieure du guide C s'étend notablement à l'intérieur du passage des gaz ou bien lorsqu'il est supporté assez bas à travers celui-ci, la forme de ce guide est également adaptée, selon l'invention aux principes d'écoulement de l'air, comme le montre la fig. 10 qui représente la coupe verticale d'une tige de soupape et de son guide ainsi réalisé.
Au lieu de faire croître graduellement la section transversale du bottier de la soupape depuis le siège jusqu'à l'orifice d'évacuation, comme le montre la fig. 1, en ce qui concerne les parties du passage situées entre la section 4 et l'extrémité d'échappement de la soupape, on peut aussi maintenir constante cette section. Dans certains cas, la section transversale du passage peut, si on le désire, décroître progressivement dans le même sens si cette disposition eat considérée comme plus avantageuse.
Il va de soi que des modifications de détail peuvent être apportées aux dispositifs qui viennent d'être décrits, sans pour cela sortir du cadre de l'invention.
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Improvements made to periodic operation valves, in particular to the exhaust valves of internal combustion engines.
The present invention relates to improvements made to periodically functioning valves and more especially to the exhaust valves of internal combustion engines; these improvements relate mainly to the guiding of the valve stem and to the shape of the gas passage duct.
One of the features of the invention lies in the fact that the guide of the valve stem is
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placed completely or mainly outside the gas passage, the inner wall of this passage being provided with a projection or protuberance which completely or mainly contains the guide of the valve.
In accordance with another feature of the present invention, the valve has a shape such that all surfaces which restrict the passage of gases through the valve are established in accordance with the principles of air flow. For this purpose, the internal wall of the valve housing and the lateral surface of the head of the latter which is located opposite the housing, as well as the external surface of the valve stem (and that the valve guide s' it penetrates to a great extent in the gas passage) have a shape such that the cross section of the gas passage, measured in the direction perpendicular or approximately perpendicular to the direction of flow of the fluid, varies gradually or remains constant throughout along the passage,
whether the valve is fully open or whether it is open or closed
According to one characteristic of the valve which is the subject of the invention, the cross section of the gas passage takes a more or less accentuated heart shape along the part of this passage where the internal wall thereof has the protuberance which contains the valve guide.
This method of construction of the valve has the advantage that the passage of gases. provides the lowest possible resistance to fluid flow and that vortex formation is prevented in the
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valve. If, by giving a particular shape to all the internal surfaces of the passage (s) of the valve, the cross section is made so that the cross section increases, for example linearly or almost from the seat of the valve to the discharge opening , the flow velocity through the valve will gradually and steadily decrease and, at the same time, the fluid will pass through the passage without vortexing since there will now be no substantial or abrupt changes in its cross section in the passage.
The aforesaid mounting of the valve guide in a protrusion extending inside the passage from the inner wall thereof ensures good guidance of the valve stem at a relatively small distance from the valve seat within. housing without increasing resistance to the passage of gases or forming vortices, because the cross section of the passage is heart-shaped along the protuberance and its area gradually varies or is constant at this place.
The description which will follow, with reference to the appended drawing, given by way of example, will make it clear how the invention can be implemented.
Fig. 1 shows in elevation, part in longitudinal section, an embodiment of the valve.
Figs. 2 to 7 are cross sections through 11-11 to VII-VII of fig 1.
Fig. 8 represents in plan the shape of some curves a, b, c ...........! showing the shape of the pro-
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tuberance which extends from the wall into the passage and which totally or mainly contains the guide of the valve, these curves also being shown in elevation in FIG. 1.
Fig. 9 is a diagram showing the variation in the cross section of the passage from the valve seat to the discharge port.
Fig. 10 is a cross section of one embodiment of a valve guide such that it can be established when the lower end of this guide protrudes notably into the gas passage.
In fig. 1 to 7, the valve housing is designated by A., the valve stem by B and the guide of this stem by C. In fig. 1, a series of sections are indicated by lines I-I to VII-VII, the planes of all these sections passing through a straight line, the trace of which is shown in FIG. 1 by point 0. This point constitutes at the same time the center of the arc of a circle forming the connecting curve between the horizontal part and the almost vertical part of the line which limits the internal surface of the passage of the gases to the right and in bottom of fig. 1. Figs. 2 to 7 show how the cross section varies from the vicinity of where the gas passage is vertical to where it is horizontal.
According to the invention, the valve guide C is totally or mainly contained in a projection or protuberance D which gradually connects to the internal wall of the valve housing. The gas passage and the protuberance D have a shape such that the sec-
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The transverse aspect varies gradually along the protuberance, the shape of which is represented by the curves a, b, ......... i (fig. 1); the horizontal shape of these curves is shown in fig. 8. Their points of intersection with the section planes IV-IV to VII-VII are designated by a4, b4, etc ....... a7, b7, etc ..... in figs.
4 to 7.
Fig. 9 graphically shows the variation of the cross section as a function of the average path distance of gas in the valve. Beside the cross sections corresponding to the section planes I-I to VII-VII of fig. 1, FIG. 9 indicates the values of the cross section at the seat of the valve, in four different places designated by 1, 2, 3,4 in fig. 1.
As shown in fig. 1, the internal diameter of the gas passage increases upward from the seat, while the diameter of the valve stem decreases at the same time. The conformation of the gas passage and the protuberance for the valve guide according to fig. 1 to 8 produces the linear variation of the cross section of the valve shown in fig. 9, from its seat to its outlet.
This gradual variation of the section allows the fluid to pass through the gas passage with a very low pressure drop, that is to say with a very low resistance to flow?
We see in fig. 1 that the valve seat and the corresponding bearing surface of the valve head are, in vertical section, that is to say in section through planes passing through the axis of the valve, tangent to the curves
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which limit the neighboring surfaces, or else that they at least form angles obtuse enough with these curves so that the edges of the seat and the bearing cannot cause any formation of vortices in the fluid which flows.
The fact that the seat and seat of the valve are located completely or approximately in the same plane as the neighboring surfaces also has the advantage that, in practice, the edges of the seat and the seat cannot be the starting points for cracks. or crevices in the material, which is frequently the case with valve seats which form acute angles with neighboring surfaces.
It can also be seen in FIG. 1 that the side of the valve head which is turned towards the gas passage has the shape of a very inclined conical surface and that this surface is connected by a progressive rounding to the conical stem B of the valve which is very wide at its lower end. The shape given to the inner wall of the gas passage and to the side of the valve head which faces the valve housing, as well as to the outer wall of the valve stem - a shape which has been described above - also produces the suppression of vortices during the opening and closing periods of the valve, as well as a gradual variation of the cross section of the gas passage along the fluid path when the valve is closed .
If it is assumed that the valve must be closed, it can be seen from fig. 1 that the cross sections * 1, 2,3, 4 will gradually grow from the seat of
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the valve to line 4, so that during the opening and closing periods the gas flow cross sections will gradually vary along the fluid flow path.
In its embodiment shown in FIG. 1, the valve guide C extends a little in the gas passage, but this is not necessary, because this guide can be completely enclosed in the protuberance D. When the lower end of the guide C extends notably inside the gas passage or else when it is supported low enough through it, the shape of this guide is also adapted, according to the invention to the principles of air flow, as shown in fig. 10 which shows the vertical section of a valve stem and its guide thus produced.
Instead of gradually increasing the cross section of the valve housing from the seat to the discharge port, as shown in fig. 1, as regards the parts of the passage located between section 4 and the exhaust end of the valve, this section can also be kept constant. In some cases, the cross section of the passage can, if desired, gradually decrease in the same direction if this arrangement is considered more advantageous.
It goes without saying that modifications of detail can be made to the devices which have just been described, without departing from the scope of the invention.