Brevet FR2357731A1 — publié le 19780203

La présente invention se rapporte à un procédé de commande d'ouverture des soupapes d'un moteur à combustion interne, permettant notamment d'en améliorer le couple à bas régime. L'invention est remarquable en ce qu'elle agit sur l'amplitude de levée des soupapes du moteur, et notamment les soupapes d'admission. On sait que dans les moteurs multicylindres classiques, notamment les moteurs d'automobiles, avec admission par carburateur, on obtient une puissance maximum en réglant le système de distribution pour avoir un retard à la fermeture et une levée de soupape importants. Notamment, pour les moteurs de cylindrée modeste , un tel réglage constitue obligatoirement un compromis qui se traduit généralement par un couple maximum et une puissance maximum placés assez haut en régime. Il en résulte invariablement un faible couple à bas régime. On peut attribuer ce faible couple au fait que, à bas régime, la levée de soupape devient trop importante, notamment en ce qui concerne la soupape d'admission, parce que le faible débit de gaz introduit après l'ouverture de la soupape ne peut leur communiquer une vitesse et une énergie cinétique suffisantes.Il s'en suit que les gaz suivent mal le piston qui descend jusqu'au point mort bas. En outre, lorsque celui-ci remonte,l'instant d'après, l'ouverture de la soupape ménage encore un passage important dû à la fois au retard à la fermeture et à la grande amplitude de levée. Sur une certaine partie de sa course, le piston refoule donc les gaz dans la tubulure d'admission, ce qui nuit au remplissage effectif du cylindre. L'invention a pour but de pallier cet inconvénient. Dans cet esprit, l'invention consiste essentiellement à réduire la levée de soupape à bas régime ou, autrement dit, à asservir l'amplitude de cette levée au régime de fonctionnement du moteur. Plus précisément, l'invention concerne donc un procédé de commande d ouverture de; soupapes d'un moteur à combustion interne, notamment les soupapes d'admission, caractérisé en ce qu'il consiste à faire varier l'amplitude de levée d'au moins l'une desdites soupapes en fonction d'au moins un paramètre représentatif du régime de fonctionnement du moteur. Le paramètre précité, peut être avantageusement la dépression qui règne dans les tubulures d'admission. Dans ce cas, on prévoit le système de commande de la levée de soupape pour que ladite amplitude de levée diminue lorsque la dépression augmente.On peut aussi asservir tout simplement l'amplitude de la levée de soupape à la vitesse du moteur, par exemple au moyen d'un système centrifuge et, dans ce cas, l'amplitude de levée augmente avec cette vitesse. Enfin, on peut réaliser un système d'asservissement plus complexe, sensible à plusieurs paramètres représentatifs du régime du moteur, comme par exemple la vitesse de ce moteur et la dépression qui règne dans les tubulures d'admission. Lorsqu'on réalise les conditions définies ci-dessus, l'amplitude de levée de la soupape étant ainsi réduite à bas régime, la même masse de gaz est introduite dans le cylindre avec une vitesse plus grande, donc une énergie cinétique supérieure. Les gaz ont donc tendance à se tasser (du fait de leur énergie supérieure) à la partie inférieure du cylindre, contre le piston qui descend. A l'inverse, lorsque le piston remonte ensuite, le refoulement susmentionné des gaz dans les tubulures d'admission est retardé par ce tassement contre le piston alors que la soupape elle-même limite aussi le refoulement puisque l'ouverture qu'elle laisse pour le passage des gaz est réduite par la diminution de l'amplitude de levée. Bien que le retard à la fermeture n'ait pas changé, l'inversion de débit à l'admission est retardée et limitée quantitativement. Ceci explique le meilleur remplissage du cylindre à bas régime et donc le meilleur fonctionnement du moteur. Il faut ajouter à cela que les turbulences plus importantes créée dans les gaz à leur introduction dans le cylindre favorisent une meilleure répartition du mélange donc une meilleure combustion. En outre, notamment au ralenti, le débit faible de gaz sortant du carburateur se partage mieux entre les différents cylindres du fait que lg, passags d'introduction dans ces derniers sont plus petits. Ceci facilite le contrôle des émissions. Pour l'utilisateur, tous ces avantages se traduisent comme suit - agrément de conduite plus grand - diminution de la consommation - plus grande fiabilité des soupapes due à une moindre fatigue-des ressorts de ces soupapes dans les régimes bas et moyens, les plus utilisés en conduite urbaine - moindre bruit au ralenti et en conduite urbaine. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un dispositif conforme au principe de l'invention, donnée uniquement à titre d'exemple.et faite en référence aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en élévation, représentée partiellement en coupe, dtun moteur équipé du dispositif selon l'invention ; - la figure 2 est une vue arrière du même moteur, montrant plus particulièrement les organes de commande du système de variation de l'amplitude de levée des soupapes, représentés partiellement en coupe ;; - la figure 3 est une coupe III-III de la figure 2 et - la figure 4 est une vue en coupe et à plus grande échelle de l'encadré IV de la figure 2. En se référant aux dessins, chaque cylindre Il du moteur a sa soupape d'admission 12 maintenue de façon habituelle en position de fermeture par un ressort de rappel 13 et est actionnée pour l'ouverture par le culbuteur 14 et un système poussoir 15 qui lui-même transmet le mouvement de l'arbre à cames 16 du moteur. Tous ces éléments sont bien connus et conformés de façon classique à l'exception du système poussoir 15 qui sera décrit plus loin. La vis de réglage 17 permet d'ajuster le jeu de transmission entre le culbuteur et la soupape. Le système poussoir se compose essentiellement d'une tige poussoir 20, connue en soi, mais cette dernière n'est pas directement reliée au culbuteur comme dans la plupart des montages connus. Elle se termine par une rotule 21 qui engage la partie inférieure d'un levier 22 à surface courbe de contact 23 et ledit levier 22 se trouve de ce fait intercalé entre ladite tige poussoir 20 et une surface de poussée 24 définie à la partie inférieure d'un bras 25 du culbuteur 14. Ainsi, la surface courbe de - contact 23 du levier 22 se trouve en application contre la surface de poussée 24 du culbuteur 14. D'autre part, le levier 22 comporte à son autre extrémité un alésage 27 formant palier, monté pivotant sur le tourillon 28 d'un excentrique 29. Ce dernier est claveté à une tige de transmission 30 montée pivotante autour de son propre axe longitudinal 31. Cette tige de transmission 30 est elle-m8me actionnée en rotation par un levier de commande 32 pivotant autour de l'axe 31 et articulé à la tige 34 d'un vérin à simple effet 35 (appelé aussi couramment vérin à dépression) dont la chambre de travail 36 est en communication avec les tubulures d'admission dtair (non représentées) du moteur, par l'intermédiaire d'un conduit 37.Bien entendu, la tige 30 est commune à tous les cylindres du moteur, c'est-à-dire qu'elle transmet le mouvement du levier 32 à chaque levier 22 de chaque système poussoir 15 associé à chaque cylindre. La tige 30 peut même servir à la commande des soupapes d'échappement du moteur si on désire en asservir l'amplitude de levée au régime dudit moteur. Dans ce cas, les systèmes poussoir de la partie de commande d'échappement du système de distribution sont conformés de la même façon que ceux des soupapes d'admission décrits ci-dessus et d'autres leviers tels que 22 sont articulés au moyen d'excentriques tels que 29 à cette m8me tige 30. Le vérin 31 a sa tige 34 connectée à une membrane souple, mobile, formant piston, tandis qu'un ressort de rappel 41 est disposé à l'intérieur de la chambre de travail 36 de façon à repousser la membrane 40 dans 7uue de ses positions extrêmes (vers le haut sur la figure 2) correspondant à l'amplitude de levée maximum de la soupape 12.En outre, la chambre de travail du vérin 35 peut être mise séquentiellement en communication avec l'atmosphère (pour limiter et/ou corriger ltaction de la valeur de la dépression qui commande le mouvement du vérine grâce à un clapet à bille 45 (figure 4) normalement mair--lenu fermé par un ressort taré 46 mais susceptible de s t ouvrir pendant de courts instants, lorsque la dépression de la chambre 36 i usuXlr ma mum prédéterminée. La communication avec l'atmosphère se fait par l'intermédiaire d'un filtre 47 pour éviter l'introduction dsimpuretés dans le vérin. En outre, le dispositif est complété par un mécanisme 50 destiné à corriger la caractéristique de réponse du ressort de rappel 41.Ce mécanisme se compose d'un profil courbe 51, spécial, ménagé sur une partie terminale du bord du levier 32, et d'un galet 52 monté tournant à 1 'extrémité d'un levier auxiliaire 53 à profil en forme de fourche (figure 3). Le levier 53 est monté librementpivotant autour d'un axe fixe 54 et est repoussé élastiquement dans la direction dudit profil courbe 51 au moyen d'un ressort 56 situé à l'intérieur de deux portions cylindriques creuses, 57, 58 montées coulissantes longitudinalement l'une dans l'autre. De cette façon, le galet 52 est assujetti à suivre le profil courbe 51, lequel comporte deux parties concaves (59a, 59b) extrêmes, dont la position angulaire par rapport au levier 32 correspond aux valeurs extrêmes de la variation souhaitée de l'amplitude de levée.En d'autres termes, le profil courbe 51 fournit des butées de fin de course du dispositif selon l'invention. On comprend en outre le rible correcteur du système, dans la mesure où ce dernier aura toujours tendance à évoluer vers l'une des positions extrêmes ( amplitude de levée minimum, amplitude de levée maximum) ; ce qui pour l'exemple décrit esttavantageux. Le fonctionnement est des plus simples et découle avec évidence de la description qui précède. Lorsque la dépression augmente, c'est-à-dire lorsque le régime du moteur diminue, la membrane 40 se déplace vers le bas sur la figure 2 en comprimant le ressort 41. il en résulte une rotation de l'excentrique 29 vers la droite sur la figure 1, ce qui déplace le point de contact P entre la surface 23 et la surface 24 vers la droite sur la figure 1. Cela équivaut donc à une augmentation du bras de1ffider du culbuteur 14 du côté de la tige poussoir 20 et donc (puisque le mouvement transmis par l'arbre à cames 16 est d'amplitude cnnstante) à une diminution de l'amplitude du mouvement de la soupape 12 située de l'autre c8té de l'axe du culbuteur.Il est à noter, qu'étant donné la longueur importante de la tige 20, il n'est pas nécessaire que la surface de poussée 24 du culbuteur soit usinée avec un profil en arc de cercle. En effet, même si cette surface est plane au lien d'être cylindrique, le jeu entre soupape et culbuteur au repos (c'est-à-dire soupape fermée) ne variera pas de façon notable en fonction de la position du point d'appui P. Lorsque la dépression à l t admission diminue, c'est l'action du ressort 41 qui déplace le point P vers la gauche sur la figure 1, ce qui implique une augmentation de l'amplitude de levée de la soupape 12, mieux adaptée pour les régimes élevés de fonctionnement du moteur. A titre d'exemple, une série d'essais sur un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention conforme à la description qui précède, à permis de constater que, si l'amplitude de levée de soupape était rendue variable entre 7 et 8,4 mm, on arrivait à obtenir un couple plus grand aux régimes bas et moyens du moteur (par rapport au couple obtenu avec le même moteur non équipé du perfectionnement de l'invention) ; ledit couple se maintenant sensiblement à sa valeur maximum entre 2400 et 3300 tr/mn, c'est-à-dire sur une plage relativement importante. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation du dispositif qui vient d'être décrit. En particulier, comme on l'a dit precédemment, le mécanisme de commande de l'excentrique 29 peut être considérablement modifié selon qu'on désire commander le système à partir de tel ou tel autre paramètre représentatif du régime du moteur. Si on prend par exemple la vitesse du moteur comme paramètre, le vérin à dépression peut alors être remplacé par un dispositif centrifuge. On peut aussi imaginer un système plus complexe combinant les actions de commande d'un tel dispositif centrifuge et d'un vérin à dépression tel que 35. C'est dire que l'invention couvre tous les équivalents techniques des moyens mis en jeu si ceux-ci le sont dans le cadre des revendications qui suivent. R E V E N D I C A T I O N S --------------------------- 1 - Procédé de commande d'ouverture des soupapes d'un moteur à combustion interne, notamment les soupapes d'admission, caractérisé en ce qu'il consiste à faire varier l'amplitude de levée d'au moins l'une desdites soupapes en fonction d'au moins un paramètre représentatif du régime de fonctionnement dudit moteur. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un paramètre de fonctionnement est la dépression dans les tubulures d'admission et qu'on diminue ladite amplitude de levée lorsque ladite dépression augmente. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un paramètre de fonctionnement est la vitesse du moteur et qu'on augmente ladite amplitude de levée lorsque la vitesse augmente. 4 - Dispositif de commande de levée d'une soupape d'un moteur à combustion interne, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant un arbre à cames, un système poussoir et un culbuteur commandant l'ouverture de ladite soupape, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour déplacer le point d'appui sous ledit culbuteur dudit système poussoir actionnant ce dernier et des moyens d'actionnement desdits moyens pour déplacer ledit point d'appui, sensibles à la variation d'au moins un paramètre représentatif du fonctionnement dudit moteur. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit système poussoir se compose d'une tige poussoir, connue en soi, surmontée d'un levier à surface courbe de contact, intercalé entre l'extrémité supérieure de ladite tige et une surface de poussée dudit culbuteur, ladite surface courbe de contact étant en application contre ladite surface de poussée dudit culbuteur et ledit levier étant commandé par lesdits moyens d'actionnement. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit levier comporte un alésage formant palier, monté pivotant sur le tourillon dtun excentrique. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'axe de rotation dudit excentrique est fixé à un levier de commande, de préférence par l'intermédiaire d'une tige de transmission sur laquelle sont montés d'autres excentriques analogues, et que ledit levier de commande est articulé à la tige dtun vérin à simple effetdotladambm de travail est reliée aux tubulures d'admission d'air dudit moteur. 8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit vérin à simple effet comporte une membrane souple mobile, formant piston, à laquelle est connectée ladite tige et un ressort de rappel disposé dans ledit vérin pour repousser ladite membrane dans une de ses positions extrêmes correspondant à 11 amplitude de levée maximum de ladite soupape. 9 - Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que ladite chambre de travail dudit vérin communique avec l'atmosphère par l'intermédiaire d'un clapet à bille, taré pour limiter la dépression dans ladite chambre de travail à une valeur maximum prédéterminée. 10 - Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractériséen ce qu'il comporte un mécanisme de correction de la caractéristique de réponse du ressort dudit vérin à simple effet. Il - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que ce mécanisme est formé par un profil courbe spécial du levier de commande précité ; un galet roulant étant appliqué élastiquement le long dudit profil courbe. 12 - Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit galet est monté tournant librement -à ltetrémité d'un levier auxiliaire monté librement pivotant autour d'un axe fixe et que ledit levier auxiliaire est luimême repoussé élastiquement au moyen dtun ressort dansa direction dudit profil courbe. 13 - Dispositif selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que ledit profil courbe spécial comporte deux parties concaves extrêmes définissant des butées de fin de course pour ledit levier de commande.