Brevet FR2287583A1 — publié le 19760507

L'invention a pour objet un dispositif de commande hydraulique réglable de soupape pour machine à piston et plus particulièrement pour les soupapes d'admission et d'échappement des moteurs thermiques à piston à course alternative ; ce dispositif comprend un cylindre de distribution à piston à course alter q native mis en marche par des organes de commande externes et pourvu de faces de détente à position réglable, un second cylindre dit de manoeuvre > également à piston à course alternative, qui agit directement sur la soupape, des conduites appropriées assurant la circulation dans les deux sens d'un liquide hydraulique, des clapets de retenue ainsi qu'un réservoir de liquide pour circuits hydrau ligues La commande hydraulique des soupapes à l'aide de moyens du type précité est déjà connue par le brevet allemand 858 329. Selon ce dernier, le cylindre de distribution communique par une conduite sous pression et une conduite de retour avec la chambre intérieure du cylindre de manoeuvre la conduite sous pression étant munie d'un clapet de retenue. Le piston du cylindre distributeur présente une face de détente plane et à position fixe et une autre face de détente hélicoidale, à position réglable par rotation.Pendant les mouvements alternés du piston distributeur, provoqués par des moyens mécaniques, la face de détente à position fixe ferme,-pendant la course de compression, une lumière d'aspiration qui aboutit dans le cylindre de distribution ; la pression est transmise par le liquide hydraulique jusqu'au cylindre de manoeuvre et le piston de ce dernier ouvre la soupape. Dès que la face de détente à position réglable du piston distributeur libère la conduite de retour, en la mettant en communication avec un espace en dépression, la pression baisse dans le cylindre de manoeuvre et la soupape se referme. Par une rotation du piston distributeur, on provoque au moyen de la face de détente réglable, uniquement l'avance ou le retard de ltéchappement du liquide hydraulique, ce qui a pour effet d'augmenter ou de réduire la course de la soupape. Aucune autre commande n'est prévue. L'inconvénient généralement reproché à ce dispositif connu consiste en ce que, s'il se produit une baisse de pression dans le cylindre de manoeuvre > la soupape retombe sur son siège sans aucun contrôle. Or, par exemple, on sait que, en général, dans les moteurs thermiques, le rendement peut être sensiblement amélioré lorsque les instants d'ouverture et de fermeture des soupapes d'admission et d'échappement sont réglables indépendamment l'un de l'autre, en fonction d'autres paramètres, plus particulièrement de la vitesse de rotation du moteur ; une telle régulation est impossible avec le dispositif d'entraînement décrit ci-dessus. Différentes propositions présentées pour atteindre ce but concluaient à la nécessité d'une pompe produisant en permanence une pression maximale pour la commande des soupapes au moyen d'un dispositif hydraulique, alors que cette pression, disponible de façon continue, n'est utile que pendant le temps très bref de la course d'ouverture de la soupape. La pompe devrait donc fonctionner en permanence en alimentant un détenteur de pression. De tels dispositifs de commande consomment beaucoup d'énergie, utilisent donc inutilement une certaine puissance qui se transforme finalement en chaleur qui provoque une élévation de la température du fluide utilisé. Pour évacuer cette chaleur, il faut des radiateurs supplémentaires qui représentent un déploiement additionnel de moyens. Pour éviter cette dépense excessive dténergie, on a finalement proposé de faire appel à un mode d'entraînement du type décrit précédemment, c'est-à-dire d'utiliser un cylindre de distribution à piston alternatif et un autre cylindre dit de manoeuvre également à piston alternatif, le piston du premier étant actionné par une came calée sur un arbre. Pour pouvoir modifier les angles d'ouverture et de fermeture indépendamment l'un de l t autre, il faut alors être à même de modifier, pendant le fonctionnement, le profil de la came ou sa position relative sur l'arbre. Or, ceci n'est possible qu'au prix de moyens mécaniques considérables associés à l'arbre à came ; lorsque l'espace est mesuré, ce qui est le cas, par exemple, avec les moteurs thermiques destinés aux véhicules automobiles, ce moyen est inapplicable. L'invention apporte déjà un avantage sur ce point, car elle a pour but, dans un dispositif de commande du type précité, de régler avec un minimum de pertes le point d'ouverture d'une soupape alors que le point de fermeture est invariable et le pointde fermeture alors que le point d'ouverture reste invariable, la course de levée de la soupape conservant une valeur fixe prédéterminée, indépendamment d'autres durées de levée qui sont fonction de paramètres déterminés comme par exemple la vitesse de rotation du moteur. Ce but est atteint selon l'invention par un agencement tel que le cylindre distributeur à piston alternatif fait circuler une quantité de liquide hydraulique supérieure à ce qui est nécessaire pour assurer l'ouverture et la fermeture de la soupape commandée, la quantité excédentaire de liquide étant dirigée, dès que la levée souhaitée de la soupape a été accomplie, directement du cylindre de manoeuvre au réservoir hydraulique, tandis que la variation des points d'ouverture et/ou de fermeture de la soupape est obtenue par le réglage en position de faces de détente du cylindre distributeur faisant varier le moment de sa mise en communication avec le réservoir afin de modifier celui de l'ouverture de la soupape et le moment de sa mise en communication avec le cylindre de manoeuvre sous pression afin de modifier celui de la fermeture, cependant qu'à chaque manoeuvre de la soupape, le cylindre et le piston de distribution regarnissent complètement tout le circuit > grace à des organes d'arrêt et de retendue, en aspirant du liquide hydraulique directement dans le réservoir. Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, le piston et/ou le cylindre de l'ensemble de manoeuvre présentent une face de détente ou une gorge intervenant au moment où la soupape a accompli la course de levée souhaitée ; le réglage en position relative de la face de détente de l'ensemble distributeur s'effectue sous action d'un organe de régulation mesurant une grandeur choisie, de préférence la vitesse de rotation du moteur, tandis que les organes d'arrêt assurant la possibilité d'aspirer un complément de liquide hydraulique sont des clapets anti-retour à ressort placés sur la conduite allant du réservoir à la chambre intérieure du cylindre distributeur et interdisant le retour au réservoir, cependant que ltorgane extérieur mettant en mouvement le piston distributeur est une came disposée sur l'arbre à cames de la machine à piston alternatif. Un tel dispositif résoud complètement le problème posé. Les temps normaux de levée dune soupape sont fixés, ainsi qutil est connu, par une came disposée sur l'arbre à cames. Cette came déplace le piston distributeur qui, pendant sa course de compression, chasse du liquide hydraulique vers le cylindre de manoeuvre > le piston de ce dernier agissant alors sur la soupape qu'il place, en surmontant l'effort d'un ressort, dans une position d'ouverture préalablement déterminée. Dès que cette position est atteinte, la chambre du cylindre de manoeuvre est mise en communication, par l'intermédiaire d'une face ou d'une gorge de détente, avec le réservoir à fluide, permettant à l'excédent de liquide pompé par le piston de distribution de s'échapper. Ainsi, la soupape prend toujours la même position à l'ouverture. Le décalage souhaité du point ou moment d'ouverture ou de fermeture d'une soupape est obtenu grâce à l'organe de régulation prévu sur le cylindre de distribution et agissant sur une face ou une gorge de détente. Si, le moment de fermeture restant inchangé, on désire retarder le moment d'ouverture d'une soupape, la gorge de détente dégage, au commencement de la course de compression du piston de manoeuvre > une conduite menant au réservoir pendant un temps qui correspond au temps de retard souhaité, de sorte qu'aucune pression ne peut s'établir dans le cylindre de manoeuvre. Lorsque la durée souhaitée du retard est écoulez, ladite conduite est de nouveau obturée et le liquide hydraulique est chassé vers le cylindre de manoeuvre ainsi qu'il est décrit ci-dessus. Lorsque le piston distributeur est libéré par la came et qu'il peut commencer sa course d'aspiration, il attire d'abord vers le cylindre distributeur le fluide hydraulique contenu dans le cylindre de manoeuvre > déchargeant ainsi le piston de manoeuvre qui laisse la soupape se fermer.Puis, la course d'aspiration du piston distributeur se poursuivant, le clapet de retenue précédemment cité s'ouvre, et une quantité de fluide suffisante est aspirée du réservoir dans le circuit de distribution pour que ce dernier soit complètement garni et prêt à fonctionner pour la commande suivante. Si, par contre, l'instant d'ouverture d'une soupape restant fixe, on désire retarder l'instant de sa fermeture, le piston distributeur charge, dès le début de sa course de compression, le piston de manoeuvre gui ouvre la soupape. Pendant la course dtaspìx tion u piston distributeur , et selon la position de l'organe régulateur, le piston de manoeuvre reste complètement chargé, maintenant la soupape en position d'ouverture. Le piston distributeur, lui, aspire du fluide dans le réservoir à travers le clapet de retenue. Dès que la face de détente du piston de distribution entre en action, le fluide du cylindre de manoeuvre peut refluer vers le cylindre distributeur, et la soupape se ferme. Si l'organe de régulation se trouve dans une position telle que la face de détente du piston distributeur agisse pratiquement dès le début de la course d'aspiration dudit piston, le piston de manoeuvre se trouve dechargé aussitôt et le fluide manquant n'est aspiré que vers la fin de la course d'aspiration. Dans tous les cas, l'ensemble du circuit est rempli à nouveau de fluide hydraulique dès la fin d'un va-et-vient des pistons. Ainsi, aueune pompe accessoire n'est nécessaire et les pertes d'énergie sont ramenées au minimum. Ceci est particulièrement vrai lorsque, selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, l'organe de régulation modifiant la position de la face de détente du piston distributeur est un fourreau capable d'un mouvement axial, car dans ce cas, non seulement la construction est très peu onéreuse, mais encore les pertes d'énergie mécanique restent extrêmement faibles. Etant donné que, dans le dispositif de l'invention, le cylindre de manoeuvre dont le piston déplace la soupape communique constamment avec le cylindre distributeur par une colonne de fluide hydraulique, le piston de distribution pilotant par son intermédiaire le piston de manoeuvre > on obtient encore l'avantage appréciable d'éviter dans tous les cas la retombée à vitesse incon trôlée de la soupape sur son siège. D'autres caractéristiques de l'invention ainsi que ses avantages apparaltront au cours de la description donnée cidessous, uniquement à titre. d'exemple, de deux modes de réalisation de l'invention. On se reportera aux dessins annexés dans lesquels - la fig. 1 est une vue schématique en coupe d'un dispositif de commande conforme à l'invention permettant de régler le point d'ouverture d'une soupape, selon un premier mode de réalisation de ltinvention, - la fig. 2 est un graphique montrant le mouvement des pistons faisant partie du dispositif de commande de soupape de la fig.-1, - la fig. 3 est une vue schématique en coupe d'un dispositif de commande conforme à l'invention permettant de régler le point de fermeture d'une soupape, selon un second mode de réalisation, - la fig. 4 est un graphique montrant les mouvements des pistons faisant partie du dispositif de commande de soupape de la fig. 3. Le dispositif de commande de soupape de la fig. 1 se compose essentiellement d'un ensemble cylindre-piston de distribution 1, d'un ensemble cylindre-piston 2 de manoeuvre, d'un ré serwoir 3 contenant du fluide hydraulique et d'un clapet antiretour 4 à ressort. L'ensemble distributeur 1 se compose d'un piston distributeur 5 et d'un cylindre distributeur 6 ; l'ensem- ble de manoeuvre 2 comprend un piston 7 et un cylindre 8. Le piston distributeur 5 est actionné par une came 10 montée sur un arbre à cames 9, et présente une gorge annulaire 12 limitée par une face de détente 11, cette gorge communiquant grâce à un trou axial 13 pratiqué dans le corps du piston 5 avec la chambre intérieure du cylindre 6.Au voisinage de la gorge annulaire 12, le piston 5 est entouré d'un fourreau 15, animé d'un mouvement axial et également muni d'une gorge annulaire 14, ce fourreau pouvant se déplacer sous l'action dtune crémaillère 16 conjuguée avec un pignon 17, par exemple en fonction des indications d'un appareil de mesure d'une vitesse de rotation, non représenté. La gorge circulaire 14 coopère avec la face de détente 11 du piston 5 et communique avec le réservoir 3 par une conduite 18 qui est souple à cause de la mobilité du fourreau 15. A partir de la chambre intérieure du cylindre de distribution 6, une conduite d'admission et de retour 19 aboutit à la chambre intérieure du cylindre de manoeuvre 8 qui présente une gorge annulaire 20 jouantaussi le rôle de face de détente, et d'où part un moyen de communication, de préférence une conduite d'étranglement 21, aboutissant au réservoir 3. Le piston de manoeuvre 7 agit sur la tige 22 d'une soupape 25 maintenue fermée par un ressort 23 associé à une cuvette 24. Le réservoir 3 est relié aussi directement, par une autre conduite 26 qui contient le clapet anti-retour 4 interdisant le refoulement du liquide à ce réservoir, avec la chambre intérieure du cylindre 6. Lorsque, en partant de la position visible sur la fig. 1, le piston distributeur 5 est poussé de bas en haut par la came 10, le fluide hydraulique contenu dans le cylindre 6 s'échappe par le trou axial 13, les gorges annulaires 12 et 14 et la conduite 18 vers le réservoir 3, jusqu'S ce que la face de détente 11 isole la gorge annulaire 14. A partir de ce moment, le fluide est chassé directement, par l'intermédiaire de la conduite 19 à deux sens de circulation, dans le cylindre 8 où il pousse de haut en bas le piston 7 et, partant, la soupape 25. Lorsque le bord supérieur du piston 7 atteint la gorge annulaire 20, le fluide qui continue d'arriver peut s'écouler par la communication 21 jusqu'au réservoir 3 et la soupape 25 reste à sa position d'ouverture.Lorsque le piston distributeur amorce son mouvement descendant, il aspire d'abord le fluide qui se trouve dans le cylindre 8, jusqu'à ce que le piston 7 soit déchargé et que les pressions s'équilibrent. Ensuite, il continue jusqu'S son point mort bas à aspirer du fluide frais par la conduite 26 et à travers le clapet de retenue 4 en remplissant ainsi à nouveau tout le circuit. Quand on change la position du fourreau 15, on avance ou retarde le moment où l'espace annulaire 14 est obturé. Les conséquences en sont visibles sur la fig. 2. Si on porte en ordonnées 27 la position du piston et en abscisses 28 le temps ou, le cas échéant, la position angulaire de la came, et Si l'on néglige, pour plus de simplicité, les différences d'échelles et les décalages de phase, la courbe 29, 30 représente le mouvement du piston distributeur 5, qui est proportionnel au volume de fluide hydraulique qu'il déplace. Quand le fourreau 15 (fig. 1) est déplacé suffisamment vers le bas pour que la face de détente Il ferme, dès le début de la course ascendante du piston 5, la gorge annulaire 14, le fluide hydraulique est immédiatement dirigé vers le cylindre 8 et le piston de manoeuvre 7 se déplace comme le montre la courbe 31.Dès que le piston 7 libère la gorge 20, il s'immobilise, ce qu'indique la droite 32. Lorsque le sens du mouvement du piston 5 s'inverse pour aller de haut en bas, le piston 7 se trouve déchargé en conséquence, ce qui se traduit clairement par l'allure de la courbe 33. Un élément important de ce processus est que, dès ltarrivee du piston de manoeuvre 7 à sa position de fin de course, le piston distributeur 5 commence à aspirer du liquide prélevé dans le réservoir 3, ce phénomène se produisant à partir du point 36. Plus le fourreau 15 est décalé vers le haut, plus est retardé l'effet de la pression sur le piston 7 ; ceci est illustré, pour deux de ses positions, par les courbes 34 et 35. Sur la fig. 3, les pièces déjà décrites de la fig. 1 sont désignées par les mêmes références et ne nécessitent par conséquent aucune explication nouvelle. Par rapport à la réalisation de la fig. 1, on trouve, en sus, un clapet de retenue supplémentaire 37 situé sur la conduite d'admission et de retour 19 et interdisant tout écoulement en direction du cylindre distributeur 6, ainsi qu'une conduite de dérivation 38 reliant la conduite 18 à la conduite 19 à deux sens de circulation, cette dérivation 38 comprenant un autre clapet de retenue 39 qui interdit tout écoulement en direction de la conduite 19. Pour expliquer brièvement le fonctionnement de ce montage, on considèrera en même temps la fig. 4 qui présente, pour l'exemple de la fig. 3, les mêmes indications que la fig. 2 pour l'exemple de la fig. 1. Les éléments analogues y sont également désignés par les mêmes références. Lorsque le piston distributeur 5 est poussé vers le haut, le clapet de retenue 37 et la conduite 19 sont mises sous pression et le piston de manoeuvre 7, chargé, ouvre la soupape 25. Ceci se traduit sur la fig. 4 par les courbes 29 et 31. Dès que la gorge annulaire 20 dégage la conduite de communication 21 qui aboutit au réservoir 3, le piston 7 interrompt son mouvement, ce qu'exprime la droite 32 sur la fig. 4. Lorsque le piston distributeur 5 redescend et que le fourreau 15 est suffisamment décalé vers le haut pour que sa gorge annulaire i4 se trouve immédiatement mise en communication, grâce à la face de détente 11, avec le cylindre 6, le fluide hydraulique contenu dans le cylindre 8 est immédiatement repoussé, par l'intermédiaire sde la conduite 19, du clapet de retenue 39 et de la conduite de retour 38, jusqu'au cylindre distributeur 6 ; le piston 7 est déchargé et la soupape 25 se ferme (courbe 33, fig. 4). Lorsque le piston de manoeuvre 7 a atteint sa position de repos, le piston distributeur 5 se trouve, ainsi qu'il est dit précédemment, au point 36 fig. 4. Pendant le reste de sa course descendante, il aspire, par la conduite 26 et le clapet de retenue 4, du liquide frais dans le réservoir 3 (courbe 30, fig. 4). Par contre, si le fourreau a été abaissé, de telle sorte que la gorge 14 ne se trouve en communication avec le cylindre distributeur 6 qu'au moment où son piston 5 a déjà parcouru une certaine distance de haut en bas, le fluide contenu dans le cylindre 8 ne peut, pendant le début de la course de ce piston 5, refluer en passant par la soupape 37, et le piston 7 maintient la soupape 25 en position d'ouverture. Pendant ce temps, le piston distributeur 5 aspire, par la conduite 26 et la soupape de retenue 4, du fluide hydraulique provenant du réservoir 3. Ce n'est qu"à partir du moment où la face Il atteint la gorge 14 que le fluide reflue du cylindre -8, par les conduites 19, 38 et 18, et que la soupape 25 se ferme avec un certain retard.Ce reflux du fluide ferme le clapet de retenue 4 et le cylindre distributeur 6 achève de se remplir en fluide de retour. Plus le fourreau 15 est décalé vers le bas, plus la fermeture de la soupape 25 est retardée comme le montrent les courbes 40, 41 et 42. Il convient de rappeler expressément que les modes de réalisation des fig. i et 3 ne sauraient être considérés comme des constructions impératives permettant seules I'exéebltion des ensembles cylindre-piston, de l'entrainement du fourreau mobile, de la conduite souple etc... Par exemple, le fourreau peut être remplacé à tout moment par un servomoteur à piston, un moteur pas-à-pas ou d'autres moyens équivalents. On notera aussi que, sur un même moteur à plusieurs cylindres, il est possible de donner au réservoir 3 une capacité suffisamment importante pour qu'il serve de réservoir commun raccordé à tous les dispositifs de commande des soupapes de ce moteur. Dans ce cas, il est avantageux que ce réservoir 3 soit constitué comme un réservoir auxiliaire adjoint et intégré, pour la facilité du montage, au réservoir de carburant du moteur en question. La disposition des gorges donnant naissance aux faces de détente, creusées dans le piston distributeur et/ou dans le fourreau ne sont pas nécessairement circulaires mais peuvent avoir une disposition hélicoldale. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande hydraulique réglable pour soupape de moteur, plus spécialement pour soupapes d'admission et/ou d'échappement de moteurs thermiques à piston, composé d'un cylindre de distribution ayant un piston actionné par des organes de commande externes et pourvu de faces de détente position réglable, d'un second cylindre de manoeuvre ayant un piston agissant directement sur la soupape, des conduites appropriées pour assurer la circulation dans les deux sens d'un fluide hydraulique, d'au moins un clapet de retenue et d'un réservoir à fluide hydraulique liquide, caractérisé en ce que l'ensemble cylindre-piston distributeur a un débit de fluide hydraulique supérieur à ce qui est nécessaire pour assurer l'ouverture et la fermeture de la soupape commandée,la -quantité excédentaire de fluide étant évacuée directement, dès que la soupape a effectué la course souhaitée, du cylindre de manoeuvre vers le réservoir, la variation du moment d'ouverture et/ou de fermeture de la soupape-étant obtenue par le décalage en position de faces de détente du cylindre distributeur faisant varier le point de mise en communication de ce cylindre avec le réservoir afin de modifier le moment d'ouverture de la soupape et avec le cylindre de manoeuvre sous pression pour modifier le moment de fermeture de la même soupape, à chaque action sur la soupape pendant la course d'aspiration du cylindre distributeur l'ensemble du circuit hydraulique étant regarni par aspiration de fluide frais dans le réservoir grâce à la présence d'un clapet anti-retour. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston et le cylindre de ensemble de manoeuvre présentent au moins une face de détente qui entre en action au moment où la course d'ouverture de la soupape a atteint la valeur souha- tée, le décalage des faces de détente de l'ensemble cylindre-piston distributeur s'effectuant sous l'action d'un organe de régulation mesurant une grandeur choisie, telle que la vitesse de rotation du moteur, tandis que des organes de non-retour donnant la possibilité d'aspirer un complément de fluide hydraulique sont constitués par des clapets de retenue à ressort, insérés dans la conduite allant du réservoir à la chambre intérieure du cylindre distributeur et interdisant le retordu fluide au réservoir, cependant que l'organe extérieur mettant en mouvement le piston de l'ensemble distributeur est constitué par une came calée sur l'arbre à cames du moteur meme. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que Za chambre intérieure du cylindre de distribution communique par un trou axial prévu dans le piston avec les faces de détente à position réglable. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le piston de l'ensemble de distribution est entouré, au voisinage des faces de détente, d'un fourreau capable d'un mouvement axial, lesdites faces de détente étant constituées par des gorges annulaires de hauteurs différentes prévues respectivement sur le piston et dans le fourreau, ces gorges pouvant coulisser-l'une par rapport a l'autre. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le piston distributeur est entouré, au voisinage des faces de détente, d'un fourreau et que lesdites faces sont constituées par des surfaces creusées dans le piston et/ou dans le fourreau avec une disposition hélicoldale. 6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que, entre l'ensemble cylindre-piston de distribution et ensemble de manoeuvre il ntest prévu qu'une seule conduite de communication utilisée dans les deux sens de circulation et servant à la fois à l'admission et à l'évacuation du fluide hydraulique. 7. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le réservoir à fluide hydraulique a une capacité élevée suffisante à permettre son raccordement 9 plusieurs dispositifs de commande de soupapes sur un même moteur. 8. Dispositif selon les revendications 2 et 7 réunies, caractérisé en ce que le réservoir à fluide hydraulique est un réservoir supplémentaire ajouté au réservoir de carburant.