Brevet FR2461108A1 — publié le 19810130

La présente invention se rapporte à un mécanisme de commande de soupape pour moteurs à combustion interne, et plus particulièrement à un dispositif pour faire varier la levée de soupape et sa cadence selon des conditions variables de fonctionnement du moteur. Dans un moteur à combustion interne traditionnel, on utilise un mécanisme de commande de soupape construit pour contrôler l'ouverture et la fermeture des soupapes d'admission et d'échappement en des temps qui sont fixes pour toutes les conditions de fonctionnement du moteur, de façon à répondre aux nécessités des conditions de fonctionnement à vitesse rapide. Cependant, un tel mécanisme a pour résultat une combustion incomplète du mélange au ralenti et aux vitesses lentes, du fait d'un recouvrement excessif de la soupape à de telles vitesses, des niveaux élevés de pollution par le mdeur, une dété- rioration marquée de l'économie de carburant et une perte de l'efficacité de performancesdu moteur au ralenti et aux vitesses lentes. Pour éliminer les problèmes d'un tel mécanisme de commande de soupape, divers mécanismes ont jusqu'à maintenant été proposés servant à faire varier la levée de la soupape et sa cadence, mais on rencontre encore des difficultés dans la mise en pratique de tels mécanismes variables, du fait de leur construction rela- tivement encombrante et complexe, et pour contrôler strictement la cadence de la soupape selon les conditions variables de fonctionnement du moteur. Par exemple, on connait un arbre à camesde cadence ou de réglage variable dans le temps de la soupape, qui a une utilité pratique relativement bonne, mais qui présente des difficultés pour régler strictement la cadence de la soupape selon les diverses conditions de fonctionnement du moteur. Par ailleurs, l'arbre à cames variable traditionnel ne peut faire varier la levée de la soupape et sa p&iode d'ouverture. La présente invention a pour but l'élimination de tous ces problèmes inhérents aucmécanismes de commande de soupape selon l'art antérieur du type produisant une cadence variable de la soupape ainsi que du type produisant une levée et une cadence constantes de la soupape. Par conséquent, un objet important de la présente invention est de produire une levée et une cadence de la soupape selon les diverses conditions de fonctionnement d'un moteur à combustion interne, ayant une construction simple et économique et facile à contrôler en relation stricte avec les conditions variables de fonctionnement du moteur. La présente invention a pour autre objet un mécanisme de commande de soupape du caractère ci-dessus, servant à faire varier la période pendant laquelle la soupape est ouverte. La présente invention a pour autre objet un mécanisme de commande de soupape du caractère ci-dessus mentionné, ayant une excellente utilité pratique. La présente invention a pour autre objet un mécanis- me de commande de soupape du caractère ci-dessus mentionné capable de faire varier le recouvrement de la soupape de façon à répondre aux diverses nécessités des condi- tions de fonctionnement du moteur, avec pour résultat la plus forte performance et la plus forte efficacité possiblesdu moteur sur toutes ses conditions de foncionne- ment. Selon la présente invention, ces objets sont atteints à la base dans un dispositif qui comprend une première came rotative autour d'un axe en relation dans le temps avec la vitesse du moteur, un culbuteur en engagement opératif avec la soupape du moteur et pouvant basculer pour ouvrir et contrtler la fermeture de la soupape, une seconde came pouvant basculer ou culbuter autour d'un axe parallèle à l'axe de la première came et interposée entre la première came et le culbuteur pour former une connexion opérative entre eux, les première et seconde cames ayant des faces correspondantes qui s'effilent axialement, et un moyen pour décaler l'une des première et seconde cames axialement par rapport à l'autre, afin de faire ainsi varier la position angulaire de la seconde came indépendamment de celle de la première, en réponse à des variations de conditions de fonctionnement du moteur. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation avant, par- tiellement en coupe, montrant un mode de réalisation préféré du mécanisme de commande de soupape selon la présente invention; - la figure 2 est une vue latérale partiellement en coupe montrant le mécanisme de la figure 1; - les figures 3A et 3B et les figures 4A et 4B sont des vues en élévation avant montrant les diverses conditions de fonctionnement du mécanisme des figures 1 et 2; et - la figure 5 est un graphique montrant un exemple des caractéristiques de performancesde la soupape contrôlée par le mécanisme selon l'invention. En se référant aux figures 1 et 2, le repère 10 représente une première came faisant corps avec un arbre à cames12 et qui est rotative avec l'arbre à cames12 en relation dans le temps avec la rotation d'un vilebrequin (non repréoe.nté) du moteur, c'est-à-dire avec la vitesse du moteur. Un culbuteur 14 est tourillonné entre ses extrémités sur un arbre 16 en relation parallèle à l'arbre à cames12, et il est en engagement opératif, à une extrémité, avec une soupape à tige 18 (sa partie extrême inférieure est arrachée) pour ouvrir et contrôler la fermeture de la soupape. Entre l'autre extrémité du culbuteur 14 et la première came 10 est interposée une seconde came à mouvement basculant, formant une connexion opérative entre eux. La seconde came 20 est tourillonnée sur un arbre à came 22 agencé parallèlement à l'arbre à came 12. La seconde came 20 a une section de surface de came 24 engageant le culbuteur et une section de surface de came 26 engageant la première came. La section de surface 24 est perpendiculaire à un plan auquel est perpendiculaire l'axe de l'arbre à cames22 ou l'axe du mouvement basculant de la seconde came 20. La section de surface 26 engageant la première came est formée de façon effilée pour former un contact ligne par ligne avec la première came 10 qui s'effile généralement axialement de l'extrémité 10A de faible circonférence à l'extrémité 10B d'une circonfé- rence relativement plus importante. Comme on peut le voir sur la figure 1,)a secande cane 20, dans ce mode de réalisa- tion, a une forme de coin ayant des faces qui se rencontrent en un angle très aigu et qui constituent les sections ci-dessus mentionnées de surface de came 24 et 26, res- pectivement. Un ressort de retour 28 est enroulé sur l'arbre à cames22 et il est fixé à ses extrémités à la seconde came 20 et, bien que cela ne soit pas représenté, à l'arbre à cames22 respectivement. Le ressort de retour 28 est assemblé en condition préchargééde façon à 2.5 solliciter la seconde came 20 pour qu'elle contacte, par sa section de surface 26, la première came 10, c'est-à-dire à solliciter la seconde came 20 pour qolelle tourne dans le sens des aiguilles d'une montre sur la figure 1. La seconde came 20 est axialement coulissante sur l'arbre à camE 22 et l'arbre 22 est également axiale- ment mobile mais fixe en direction de rotation. Afin de limiter le mouvement axial de la seconde came 20 par rapport à l'arbre à cames22 en direction vers la gauche sur la figure 2, est prévue une bague de retenue 30 qui s'adapte dans une gorge correspondante (non repérée) de l'arbre à cames22. Contre cette bague de retenue 30, la seconde came 20 est poussée par l'effet du ressort de retour 28 et des contours correspondants et effilés des première et seconde cames 10 et 20. La section de surface de came 24,engageant le culbu- teur>de la seconde came 20 se compose d'une partie de surface de came de fixation ou d'une partie d'arc de base 24A ne pouvant impartir de mouvement basculant au culbuteur 14 et d'une partie de surface de came de montée et de retour 24B pouvant impartir un mouvement basculant au culbuteur 14. Le contour de la partie de surface de came de montée et de retour 24B est étudié de façon que la levée de soupape augmente avec l'augmenta- tion de la rotation de la seconde came 20 dans le sens contraire des aiguilles d'une montre sur la figure 1. L'arbre à cames22 est axialement mobile et sa position axiale par rapport à la première came 10 est contrelée par un moyen tel que, par exemple, un dispositif de contrôle hydraulique ou moyen de mise en action 32 représenté sur la figure 2, opérativement relié à l'arbre à cames22. Le dispositif de contrble hydraulique 32 comprend un cylindre 34 et un piston 36 coulissant dans le cylindre 34. Le piston 36 est fixé par des boulons ou autrement à l'extrémité de l'arbre à cames22, l'axe du premier étant aligné avec celui du dernier. D'un côté du piston 36 est placée une chambre d'huile sous pression 38 en connexion de fluide avec la pompe à huile (non représentée) du moteur qui amène l'huile de lubrification au moteur. De l'autre coté du piston 36 est placée une chambre 40 à la pression atmosphérique qui ouvre à l'air ou qui peut ttre en connexion de fluide avec le carter d'huile (non représenté) du moteur, Avec l'agencement ainsi décrit du dispositif de contrôle 32, la pression d'huile régnant dans la chambre 38 a tendance à solliciter le piston avec l'arbre à cames 22 vers la droite sur la figure 2 contre la poussée donnée à l'arbre à cames22 au. moyen des faces de came effilées et correspondantes des première et seconde cames et 20, par le ressort de retour 28. Quand la pression d'huile dans la chambre 38 devient plus importante et force l'arbre à cames22 à se déplacer vers la droite sur la figure 2, la seconde came 20 se déplace de façon correspondante tout en tournant dans le sens contraire des aiguilles d'une montre sur la figure 1 du fait des contours en rampe des première et seconde cames 10 et 20. A la lecture de ce qui précède, on comprendra que le dispositif de contrôle 32 sert à contrôler la position angulaire de la seconde came 20 qui est déterminée de façon variable pour être proportionnelle à la pression d'huile de la pompe à huile du moteur et par conséquent à la vitesse du moteur. En se référant aux figures 3A et 3B et aux figures 4A et 4B, on décrira le fonctionnement du mécanisme de commande de soupape selon l'invention qui vient d'être décrit. Les figures SA et 3B montrent les conditions de fonctionnement du mécanisme de commande de soupape o l'arbre à cames22 est déplacé vers sa position la plus à droite, ainsi la seconde came 20 est maintenue à sa position la plus à droite possible sur la figure 2 et la levée de soupape est la plus importante. Plus particulièrement, la figure 3A montre la condition de fonctionnement o la seconde came 20 est sur le point d'être entraînée par la première came 10 pour impartir un mouvement basculant au culbuteur 14, c'est-àdire un état juste avant la transition de la position d'engagement de la première came 10 avec la seconde came à partir de sa partie de cercle de base jusqu'à sa partie de lobe, la partie de cercle de base étant incapable d'impartir un mouvement basculant à la seconde came tandis que par ailleurs la partie de lobe est capable d'impartir ce mouvement basculant à la seconde came. Dans cette condition du mécanisme de commande de soupape, la position de la seconde came 20 d'engagement du culbuteur est placée sur sa partie de surface de came 24A de fixation ou d'arrtt. Juste après cette condition de fonctionnement, en réponse à la rota- tion de la première came 10 dans le sens des aiguilles d'une montre, le mécanisme de commande de soupape est placé à la condtion o le culbuteur 14 commence- à impartir un mouvement de levée à la soupape 18 de façon que la levée de soupape augmente avec l'augmentation de la rotation de la première came 10 dans le sens des aiguilles d'une montre sur le dessin, et par conséquent avec l'augmentation de la rotation de la seconde came 20 dans le sens contraire des aiguilles d'une montre sur le dessin. Comme ceux qui sat compétents en la matière le comprendront facilement, la soupape 18 est maintenue en condition fermée pendant l'engagement du culbuteur 14 avec la partie de surface de came de fixation 24A de la seconde came 20. La figure 3B montre la condition du mécanisme de commande de soupape o la seconde came 20 prend une position inclinée presque au maximum par rotation autour de l'axe de son mouvement basculant, et impartit un mouvement basculant presque maximum au culbuteur 14 et o la levée de soupape devient presque maximum. Quand la première came 10 continue à tourner dans le sens des aiguilles d'une montre sur le dessin, la seconde came 20 tourne de façon correspondante dans le sens des aiguilles d'une montre, permettant un mouvement de rotation dans le sens contraire des aiguilles d'une montre du culbuteur 14 sous la sollicitation du ressort de soupape (non repéré). Cette rotation du culbuteur 14 a pour résultat une diminution graduelle de la levée de soupape. Quand la seconde came 20 retourne alors à la position o le culbuteur 14 commence à engager la partie de surface de came de fixation 24A de la section de surface de came 24, la soupape 18 est mise en condition fermée. Pendant une plus ample rotation de la première came 10 2461 108 jusqu'à ce qu'elle prenne la position représentée sur la figure 3A, la partie de surface de came 24A est maintenue en engagement avec le culbuteur 14 bien que la seconde came 20 continue à tourner un peu dans le sens des aiguilles d'une montre au stade initial pendant ce temps. Par suite, le mouvement basculant du culbuteur 14 ne se pmduitpas pendant ce temps, et par conséquent la soupape 18 est maintenue à la condition fermée. En se référant maintenant aux figures 4A et 4B, elles montrent les conditions de fonctionnement du mécanisme de commande de soupape o l'arbre à cames 22 est déplacé à sa position la plus à gauche sur la figure 2 et la seconde came 20 est maintenue à sa position la plus à gauche possible sur le dessin, avec la levée de soupape qui est la plus faible. Dans ces conditions de fonctionnement, comme la seconde came 20 est conditionnée pour engager une partie de circonférence relativement petite de la première came 10 par rapport à celle des. figures 3A et 3B, la seconde came 20 prend une position relativement déplacée dans le sens des aiguille s d'une montre car le mouvement de l'arbre à cames 22 vers la gauche permet à la seconde came 20 de tourner dans le sens des aiguilles d'une montre sous la sollicitation du ressort de retour 28 jusqu'à ce que la section de surface de came 26 vienne en engage- ment d'aboutement avec la première came 10. Par suite, la gmme angulaire efficace de la partie de surface de came de fixation 24A de la seconde came 20 devient plus importante. En effet, même dans la condition de fonctionne- ment correspondant à la condition juste après celle de la figure 3A, o la première came 10 impartit un mouvement basculant à la seconde came 20, le culbuteur 14, qui est toujours à 1' état d'engagement avec la partie de surface de came de fixation 24A de la seconde came 20, n'impartit pas de mouvement basculant au culbuteur 14. En d'autres termes, quand l'arbre à came 22 prend une position plus à gauche sur la figure 2, la seconde came 20 effectue un mouvement perdu pendant une plus longue période de temps, pendant laquelle la seconde came 20 tourne sans impartir de mouvement basculant au culbuteur 14. Cependant, quand la seconde came 20 prend sa position angulaire dans laquelle la partie 24B de surface de came de montée et de retour commence à engager le culbuteur 14, la seconde came 20 commence à impartir un mouvement basculant au culbuteur 14 qui, à son tour, impartit un mouvement de levée à la soupape 18. La levée de la soupape devient maximum quand le mécanisme de commande de soupape est mis à la condition représentée sur la figure 4B. Dans ce cas, on comprendra que la quantité de levée maximum de soupape obtenue dans le cas de la figure 4B est sensiblement réduite en comparaison au cas de la figure 3B et que la quantité de levée maximum de soupape change avec la variation de la phase initiale ou position angulaire de la seconde came 20, la phase initiale ou position angulaire étant destinée à indiquer la position angulaire à laquelle la seconde came 20 est placée quand la première came 10 est maintenue en engagement par sa partie de cercle de base avec la seconde came 20. Après la condition de fonctionnement de la figure 4B, le mécanisme de commande de soupape est placé à la condition de fonctionnement o la première came 10 commence à engager par sa partie de cercle de base, la seconde came 20 permettant ainsi à la soupape 18 d'être mise en condition fermée. Dans ce cas, on comprendra que la période pendant laquelle la soupape 18 est ouverte devient plus courte en comparaison au cas des figures 3A et 3B, c'est-à-dire que les temps d'ouverture et de fermeture de la soupape 18 sont respectivement retardé et avancé en comparaison avec le cas des figures 3A et 3B. En changeant sélectivement les positions axiale et angulaire de la seconde came 20 par rapport à la première came 10 par déplacement axial de l'arbre à cames 22, le mécanisme de commande de soupape selon l'invention peut contrôler de façon variable la levée de soupape, les temps d'ouverture et de fermeture de soupape ainsi que la période d'ouverture de soupape comme cela est représenté sur la figure 5. La figure 5 montre un exemple des caractéristiques de performance de la soupape 18 commandée par le mécanisme selon l'invention, la soupape étant supposée être une soupape d'admission d'un moteur à combustion interne dans cet exemple. La courbe X correspond à un fonctionnement à une vitesse lente du moteur, et la courbe Y correspond à un fonctionnement à une vitesse relativement supérieure du moteur. Dans ce qui précède, comme alternative à l'agencement o l'arbre à cames mobile 22 de la seconde came 20 est relié au dispositif de contrôle 32, on peut prévoir un arbre à cames de la première came axialement mobile et relié au dispositif de contrtle afin que la première came soit mobile par rapport à la seconde en réponse à des variations de la condition de fonctionnement du moteur. On comprendra, à la lecture de ce qui précède, que dans le cas o le mécanisme de commande de soupape selon la présente invention est appliqué à la manoeuvre d'une soupape d'admission d'un moteur à combustion interne, la soupape d'étranglement du moteur peut être éliminée car le mécanisme ayant des caractéristiques de performances telles que celles représentées sur la figure 5 est capable de contrôler l'induction du moteur sans employer la soupape d'étranglement, empochant ainsi les "pertes de pompage" résultant de la soupape d'étranglement dans une condition d'étranglement partiel. On comprendra de plus que le mécanisme selon la présente invention peut être utilisé pour commander une soupape d'échappement d'un moteur à combustion interne, aussi bien que la soupape d'admission. Sur la figure 5, T.D.C = pont mort haut et B.D.C = point mort bas. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. 24611o8 R E V E N DI CA TI ON S 1. Mécanisme de commande de soupape d'un moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comprend une première came (10) rotative autour d'un axe en relation dans le temps avec la vitesse du moteur, un culbuteur (14) en engagement opératif avec la soupape du moteur et pouvant basculer pour ouvrir et contrôler la fermeture de ladite soupape, une seconde came (20) pouvant basculer autour d'un axe parallèle à l'axe de ladite première came et - interposée entre ladite première came et ledit culbuteur pour former une connexion opérative entre eux, lesdites première et seconde cames ayant des faces correspondantes quis'effilent axialement, et un moyen (22, 30, 32) pour décaler l'une des première et seconde cames axialement par rapport à l'autre, afin de faire ainsi varier la position angulaire de ladite seconde came indépendamment de celle de ladite première came en réponse à dés variations de condition de fonctionnement du moteur. 2. Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde came précitée-comprend une section de surface de came (24) engageant le culbuteur et une section de surface de came (26) engageant la première came, ladite section de surface de came (24) se composant d'une partie de surface de came de fixation (24A) incapable d'impartir un mouvement basculant au culbuteur et d'une partie de surface de came de montée et de retour (24B) capable d'impartir un mouvement basculant au culbuteur, et en ce que la seconde came est sollicitée par un ressort de retour (28) dans une direction de rotation pour être maintenue en engagement avec la première came et pour venir en engagement, par ladite section de surface de came de fixationavec le culbuteur. 3. Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen précité pour décaler comprend un arbre à cames (22) agencé axialement mobile et sur lequel est tourillonnéela seconde came, une bague de retenue (30) fixée audit arbre à camespour limiter le mouvement axial de la seconde came dans une direction, ladite seconde came étant poussée contre ladite bague de retenue par l'effet des faces de came effilées des première et seconde cames et ledit ressort de retour, ainsi ladite seconde came est mobile avec ledit arbre à cameE et un dispositif de contr8le (32) contrôlant la postion axiale de l'arbre à cameset par conséquent de la seconde came selon la vitesse du moteur. 4. Mécanisme selon la revendication 3, caractérisé en ce que le ressort de retour (28) est enroulé sur l'arbre à cames précité, et en ce que ses extrémités sont attachées à la seconde came et à l'arbre à came, respectivement. 5. Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de contr le précité comprend un cylindre (34),un piston (36) coulissant dans le cylindre et fixé à l'arbre à cames précité pour se déplacer avec lui, et une chambre sous pression d'huile (38) d'un ctté dudit piston et en connexion de fluide avec la pompe à huile du moteur, ledit piston étant sollicité dans une direction axiale par la pression d'huile dans ladite chambre et également sollicité en direction axiale opposée par la poussée qui lui est donnéeau moyen des faces de cames eMlées correspondantes des première et seconde cames par le ressort de retour, ainsi ledit piston est axialement coulissant selon les variations de pression d'huile dans ladite chambre. 6. Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur à combustion intem e comporte une culasse o est montée la soupape précitée, et en ce que la première came est montée adjacente à ladite culasse. 7. Mécanisme selon la revendication 6, caractérisé en ce que la soupape précitée est la soupape d'admission d'un moteur. 8. Mécanisme selon la revendication 6, caractérisé en ce que la soupape précitée est une soupape d'échappement d'un moteur. 9. Mécanisme selon la revendication 2, caractérisé en ce que la seconde came est en forme de coin ayant des faces qui se rencontrent à un angle très aigu, et qui constituent la section de surface engageant le culbuteur et la section de surface engageant la première came, respectivement. 10. Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première came s'effile généralement pour avoir une extrémité de petite circonférence et une extrémité opposée d'une circonférence relativement plus importante. 11. MécarIsme selon la revendication 10, caractérisé en ce que la seconde came forme un contact ligne par ligne avec la première came. 12. Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que le culbuteur a un axe de mouvement basculant parallèle aux axes des première et seconde cames. 13. Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première came est intégralement formée avec un arbre à cames(12) dont l'axe de rotation est aligné avec l'axe de rotation de la première came et en ce que la première came se compose d'un lobe capable d'impartir un mouvement basculant à la seconde came et d'un cercle de base incapable d'impartir un mouvement basculant à la seconde came. -