Brevet FR2480853A1 — publié le 19811023

Commande hydraulique de soupaPes de moteur à combustion interne L'invention se rapporte à la commande des soupapes de moteurs à combustion interne. Dans le but d'optimaliser le fonctionnement des moteurs à combustion interne utilisés à charge et vitesse variables, ainsi qu'en fonction d'autres paramètres affectant leur fondez tionnement, tels que la température de l'air ou de lteau de refroidissement, on considère comme souhaitable de pouvoir faire varier les angles d'ouverture des soupapes, ee que ne permet pas une commande classique par arbre a cames, étant à voir en outre qu'une distribution variable contr8lant le rem plissage en air des cylindres par angle d'ouverture des sou papes permet de supprimer les pertes résultant du laminage de l'air atmosphérique a l'admission par le papillon de réglage usuel. La pressente invention a pour objet une commande de soupapes à distribution variable faisant pour cela appel à une commande hydraulique originale et relativement simple en considération de l'étendue des possibilités qu'elle apporte. Essentiellement, à cet effet, la commande de soupapes de moteur à combustion interne selon l'invention, est caractérisée en ce qu'elle comprend, pour chaque soupape d'admission ou d'échappe ment, un vérin hydraulique d'actionnement de la soupape, et pour tous les vérins hydrauliques d'actionnement des soupapes d'admission ou d'échappement, un distributeur comportant deux rotors cylindriques concentriques montés tournants dans un corps comportant, pour alimenter le vérin de chaque soupape, des orifices d'admission de fluide hydraulique sous pression et d'échappement avec lesquels coopèrent par coîncidence des lumières des deux rotors B chevauchement angulaire, lesdits rotors étant soumis à des moyens d'entraînement en rotation synchronisés avec le moteur et susceptibles de les déphaser angulairement pour obtenir des angles variables d'ouverture des soupapes. En outre, ltinvention se prote avantageusement aussi B un contrôle variable de la levée des soupapes. À cet effet, elle est alors caractérisée en ee qu'il est présu dans le rotor interne, dans l'intervalle axial des lumières destinées à être relises aux deux c8tes du vérin, un piston mobile de refoulement du fluide hydraulique vers le vdrin, et une butée variable de fin de course de ce piston étant prévue dans le sens limitant la quantité de fluide refoulée sur le vérin pour l'ouverture de la soupape, afin d'en contr8ler l'amplitude de la levée Deux formes de réalisation de l'invention sont d'ailleurs ciaprès décrites, à titre d'exemple, et en référence au dessin annexé, dans lequel :: - la figure 9 est une vue en coupe axiale d'une commande hydraulique de soupape par vérin à simple effet - la figure 2 est une vue partielle analogue à la figure 1 illustrant un autre état de distribution de la commande hydraulique 3 - la figure 3 est une vus en troupe axiale d'une commande hydraulique de soupape par vérin à double effet, incluant un contrôle de la levée de soupape associé au contrôle d'angle de distribution 3 - la figure 4 est une vue partielle analogue à la figure 32 illustrant un autre état de distribution de la commande hydraulique 3 - la figure 5 est une vue schématique d'un dispositif de com mande de variation de la distribution g - la figure 6 est une vue en coupe transversale d'une forme de réalisation d'un corps de distributeur hydraulique pour la commande de quatre soupapes. La commande de soupape représentée à la figure 1 comprend un vérin hydraulique à simple effet 1 dont la tige de piston 2 sortant du cylindre est destinée à tenir lieu de poussoir de la soupape à commander non représentée, le piston 3 du vérin étant normalement rappelé par un ressert 4 en position de non actionnement de la soupape. Ce vérin 1 est alimenté par l'intermédiaire d'un distributeur hydraulique conprenant un corps 5 dans lequel sont montés tournants deux roters cylindriques 6 et 7, formant organes mobiles de distribution et destinés à être entraînés à demi-vitesse du moteur, mais avec une possibilité de déphasage angulaire l'un par rapport à l'autre. # cet effet, les rotors 6, 7 sont entraînés par un mécanisme épicycloîdal comprenant un porte-satellites 8 à deux satellites 9 sur le rotor 6, et un perte-satellites 10 à deux satellites 11 sur le rotor 7, dont les satellites respectifs sont décalés axialement et d'environ un angle droit, tout en étant en prise avec une couronne 12 à denture intérieure correspondante et à denture externe en prise avec une courroie crantée d'entraînement 13 passant sur une poulie motrice non représentée, qui est solidaire en rotation du vilebrequin du moteur. Les satellites 11 liés au rotor 7 sont en prise avec un pignon planétaire central 14 solidaire d'un axe tubulaire 15 qui est fixé, par l'intermédiaire d'une bride 16 à collerette, sur un support de montage 17 de la commande, également relié au corps 5 du distributeur hydraulique. Sur l'axe 15 est monté tournant, avec interposition d'un roulement 18, un flasque de support 19 de la couronne dentée 12 du mécanisme. Les satellites 9 liés au rotor 6 sont en prise avec un pignon planétaire central 20 solidaire dtun axe tubulaire 21 monts tournant dans l'axe 15 et traversant le support 17. Cet axe 2t est solidaire à son extrémité libre d'un bouchon 22 pourvu d'un levier 22a de calage en position angulaire relative varia ble du planétaire 20 par rapport au planétaire fixe 14, ce qui permet d'introduire ainsi un déphasage angulaire variable entre les rotors 6 et 7, par ailleurs entraînés à même vitesse et dans le même sens de rotation. On verra plus loin comment la position angulaire du levier 22a peut être par exemple régulée. Le rotor 7 est pourvu d'un bouchon d'extrémité 7a délimitant une chambre interne aux rotors avec le corps 5 du distributeur. On a représenté k la figure i une phase de distribution hydraulique correspondant k la levée de la soupape, pour laquelle, en regard d'un conduit d'admission 23 d'huile sous pression dans le corps 5, auquel 1 source dtheile sous pression est raccor- dée par une canalisation 24, viennent passer en superposition deux lumières ?5, 26 des rotors 6 et 7, tandis que d'autres lumières 27 et-28 viennent également passer en superposition et en regard d'une chambre 29 du corps distributeur, de largeur équivalente au diamètre du conduit 23, et qui est reliée par la canalisation 30 au vérin 1. Une distribution d'huile sous pres.- sion au vérin s'effectue ainsi suivant les flèches indiquées pour provoquer la levée de la soupape par action de la tige de piston 2. La figure 2 illustre une phase de distribution hydraulique pat les rotors 6, 7 correspondant k la fermeture de la soupape et pour laquelle, en regard d'un conduit d'échappement 31 d'huile sous pression au dehors du corps 5, auquel est raccordée une canalisation 32 de retour au réservoir, viennent passer en superposition deux lumières 33, 34 des rotors 6, 7, tandis que deux autres 35, 36 de ces derniers viennent également passer en superposition et en regard de la chambre 29 du corps du distri- buteur, de sorte que le vérin 1 est mis k l'échappement suivant les flèches indiquées, sous l'action de son ressort 4, tandis que la tige de piston 2 laisse revenir la soupape en position de fermeture. On conçoit aisément que ces deux phases peuvent être espacées d'un angle convenable pour un angle d'ouverture désiré de la soupape, par l'espacement angulaire donné aux lumières considérées des rotors 6, 7 mais, en outre, le déphasage angulaire de ces derniers permet de faire varier l'angle d'ouverture de soupape en donnant aux lumières des retors un chevauchement variable alterné k admission et k l'échappement de l'huile sous pressions Ainsi, dans l'hypothèse où l'on fait le choix du rotor 6 pour commander la levée de la soupape et du rotor 7 pour en gouver- ner la fermeture, les lumières de ces rotors ont les formes suivantes : - les lumières 25 et 27 du rotor 6 sont circulaires tandis que les lumières coopérantes 26 et 28 du rotor 7 s'étendent sai vant un are circulaire fonction du déphasage angulaire re- cherché précité ; les lumières 34 et 36 du rotor 7 sont circulaires tandis que les lumières coopérantes 33 et 35 du rotor 6 s1 étendent sui vant un arc circulaire fonction du déphasage angulaire pré cité. Ainsi, le déphasage angulaire des rotors permet d'ouvrir ou de fermer symétriquement l'angle de distribution pour lequel les lumières coïncident avec le conduit 23, la chambre 29 ou le conduit 31 du distributeur, c'est-bwdire d'ouvrir ou de fermer de même l'angle d'ouverture de la soupape commandée0 Les figures 3 et 4 se rapportent k une réalisation de commande de soupape par vérin à double effet, comportant en outre un contrôle de la levée de soupapes Le vérin B double effet 37 présente une tige de piston 38 destinée k tenir lien de poussoir de la soupape k commander non représentée.Il comporte un ressort 39 de rappel-du piston en position de non-actionnement de la soupape, remplissant la fonction de "détrompeur" de position de la soupape, qui est normalement ferrée par son propre ressorts Ce vérin est alimenté par l'intermédiaire d'un distributeur hydraulique dans le corps 40 duquel sont montés tournants deux rotors cylindriques 41, 42 formant organes mobiles de distribution et qui sont entraînés comme les rotors 6 et 7, k demi-vitesse du moteur et avec une possibilitd de déphasage angulaire l'un par rapport à l'autre, par un mécanisme analogue b celui de la figure 1, dont les éléments équivalents sont désignés par les mimes chiffres de référence. Le rotor interne 42 est pourvu d'un bouchon d'extrémité 43 qui forme une chambre annulaire 44 dans le rotor et sert de guide b une tige 45 servant de butée réglable k un piston 46 monté coulissant et libre dans le rotor où il délimite une chambre 47 avec la face interne du bouchon 43 et une chambre 48 par rapport à la face interne d'un autre bouchon d'extrémité 49 du rotor, qui forme dans celui-ci aussi une chambre annulaire 50. La. tige-butée réglable 45 se prolongehors du bouchon 22 qu'elle traverse k coulissement, et on verra plus loin comment sa position peut être par exemple régulée. Au corps 40 du distributeur hydraulique est raccordée une canalisation 51 d'admission d'huile sous pression qui alimente une chambre 52 ayant deux conduits de sortie espacés 53, 54, avec lesquels coopèrent respectivement des lumières 55, 56 des deux rotors (voir fig. 3) et 57-58 (voir fig. 4). Deux canalisations 59-60 raccordent les deux chambres du vérin 37 b deux chambres 61, 62 du corps 40, avec lesquelles co- opèrent respectivement, d'une part des lumières 632 64 des deux rotors (voir fig. 3) et 65, 66 (voir fig. 4), et d'autre part des lumières 67, 68 des deux rotors (voir fig. 3) et 69, 70 (voir fig. 4). Deux canalisations d'échappement 71, 72 sont raccordées à des conduits 73, 74 avec lesquels coopèrent respectivement des lumières 75, 76 des deux rotors (voir fig. 3) et 77, 78 (voir fig. 4). On a représenté à la figure 3 une phase de distribution hydraulique correspondant à la levée de la soupape, pour laquelle une distribution d'huile sous pression s'effectue suivant les flèches indiquées, à partir de la canalisation 51, par la chambre 52, le conduit 53 et les lumières 55, 56, dans la chambre 48, où l'huile sous pression pousse le piston 46 qui refoule à son tour l'huile de la chambre 47 par les lumières 63, 64, la chambre 61 et la canalisation 59, dans la chambre du vérin 37 où l'huile sous pression actionne le piston et sa tige-poussoir 38 dans le sens de l'ouverture de la soupape.En même temps, la chambre du vérin contenant le ressort 39 est se à l'échap- pement par la soie de la canalisation 60, de la la chambre 62S des lumières 67, 68, de la chambre 50, des lumières 769 75 et du conduit 73 de raccordement de la canalisation d'échappement 71. On a représenté à la figure 4 une phase de distribution hydrau liqu. correspondant z la fermeture de la soupape, pour laquelle une distribution d'huile sous pression s'effectue suivant les flèches indiquées, b partir de la canalisation 51, par la cham- bre 52, le conduit 54 et les lumières 57, 58, dans la chambre 47, où l'huile sous pression pousse le piston 46 qui refoule à son tour l'huile de la chambre 48 par les lumières 70, 69, la chambre 62 et la canalisation 60, dans la chambre du vérin 37 contenant le ressort 39, de sorte que la tige-poussoir 38 autorise la. fermeture de la soupape. En même temps, l'autre chambre du vérin est mise à l'échappement par la voie de la canalisation 59, de la chambre 6t, des lumières 659 66, de la chambre 44, des lumières 78, 77 et du conduit 74 de raccordement de la canalisation d'échappement 72. Dans le but de pouvoir faire varier l'angle d'ouverture de la soupape par déphasage angulaire des rotors et des lumières coopérantes, comme déjà exposé en ce qui concerne les figures t et 2, et dans ithypothèse où 1'4n fait le choix du rotor 41 pour commander la levée de la soupape et- du rotor 42 pour en gouverner la fermeture, les lumières de ces rotors on les formes suivantes X - les lumières 55, 64, 67 et 75 du rotor 41 sont circulaires tandis que les lumières coopérantes 56, 63, 68 et 76 du rotor 42 s'étendent suivant un arc circulaire fonction du déphasage angulaire recherché 3 - les lumières 58, 70, 66 et 78 du rotor 42 sont circulaires tandis que les lumières coopérantes 57, 69, 65 et 77 s'éten dent suivant un arc circulaire fonction du déphasage angu laire recherché. On notera qu'en outre dans cette réalisation la disposition de la tige-butde réglable 45 permet de contrôler le volume d'huile refoulé par le piston 46 dans le vérin 37 à la commande d'ou- verture de la soupape, c'est-à-dire de contrôler l'amplitude de la levée ae la soupape, Aussi bien dans la réalisation objet des figures 1 et 2 que celle objet des figures 3 et 4, on notera que les lumières de distribution des -rotors gouvernant l'ouverture et la fermeture d'une soupape s'étendent sur moins de 180 compte tenu que les rotors tournnt k demi-vitesse du moteur, et que chaque rotor peut donc aisément être pourvu sur une m8me circonférence de lumières de distribution pour commander deux soupapes, les conduits d'admission et chambres de distribution du corps du distributeur propres à chacune des soupapes devant être décalés en eoesEquenceO Dans le cas des figures 1 et 2, le corps de distributeur et les rotors peuvent donc être prelengés pour commander antant de fois deux soupapes que nécessaire, étant entendu qu'il suffit de séparer chacune des distributions pour deux soupa pea de la voisine par une cloison fixe rapportée dans le rotor interne 7. Dans le cas des figures 3 et 4, compte tenu du contrôle de levée de soupape faisant appel à la tige-butée réglable 45, le dispositif décrit applicable à deux soupapes, peut être étendu à la commande de quatre soupapes avec des rotors 41, 42 prolongés, en doublant la distribution de façon symétrique par rapport au plan du fend du bouchon 49, de façon å disposer d'une autre tige de butée réglable telle que 45 B l'autre extrémité du distributeur ainsi prolongé. La figure 6 illustre une forme de répartition angulaire des conduits d'admission et chambres de distribution sur un corps de distributeur pour la commande de quatre soupapes, applicable aussi bien au cas des figures 1 et 2 que 3 et 4, mais dont les chiffres de référence se rapportent b titre d'exemple au cas des figures 3 et 4, et dans laquelle on a désigné par les lettres E et S affectées de l'indice t à 4 les entrées et sorties du corps 40 correspondant aux quatre soupapes considérées. Bien qu'un mode grossier de réglage de la position du levier 22a par lequel est introduite la variation d'angle d'ouverture des soupapes puisse consister en une simple liaison mécanique directe avec la pédale d'accélérateur du véhicule, de façon que l'angle d'ouverture soit d'autant plus grand que la charge du moteur est plus élevée, on peut aussi prévoir un asservisse- ment paramétrique plus raffiné de la distribution comme l'illustre en exemple la figure 5. Le levier 22a est alors relié par l'intermédiaire d'un axe d'articulation 79 à la tige de piston 80 d'un vérin à simple effet 81 alimenté par une canalisation 82 sous la pression de la pompe à huile du moteur non représentée, et ayant une canalisation d'échappement 83 b fuite variable contr8lée par une électrovanne 84. Cette fuite est réglée par le rapport cyclique d'ouverture de l'électrovanne 84, commandée par un générateur d'impulsions électronique 85, tel qu'un convertisseur- tension-fréquence, recevant des-paramètres sous forme de tensions électriques représentatives de la charge du moteur (potentiomètre 86 lié B la pédale daccé- lérateur 87) et émanant de capteurs de la vitesse # du moteur, de la température d'eau ti, d'huile t2, d'air ambiant t3 et de la vitesse V du véhiculez La tige-butée réglable 45 peut être commandée de manière analogue, grossière ou raffinée, k celle du levier 22a. Bien entendu, de nombreuses variantes peuvent être imaginées tout en restant dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Commande de soupapes de moteur à combustion interne, caractérisée en ce qu'elle comprend9 pour chaque soupape d'ad- mission ou d'échappement, un vérin hydraulique d'actionnement de la soupape, et pour tous les vérins hydrauliques d'actionnement des soupapes d'admission ou d'échappement, un distributeur comportant deux rotors cylindriques concentriques montés tournants dans un corps comportant, pour alimenter le vérin de chaque soupape, des orifices d'admission de fluide hydraulique sous pression et d'échappement avec lesquels coopèrent par coïncidence des lumières des deux rotors à chevauchement angulaire, lesdits rotors étant soumis à des moyens d'entraînement en rotation synchronisés avec le moteur et susceptibles de les déphaser angulairement pour obtenir des angles variables d'ouverture des soupapes. 2. Commmande de soupapes selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque vérin d'actionnement est à double effet et qu'il est prévu dans le rotor interne, dans l'intervalle axial des lumières destinées à être reliées aux deux côtés du vérin, un piston mobile de refoulement du fluide hydraulique vers le vérin, une butée variable de fin de course de ce piston étant prévue dans le sens limitant la quantité de fluide refoule sur le vérin pour l'ouverture de la soupape, afin d'en contrôler l'amplitude de la levée. 30 Commande de soupapes selon l'une des revendications préeé- dentes, caractérisée en ce que les lumières des rotors ont un chevauchement angulaire alterné pour l'admission et l'échappe- ment da fluide hydraulique de commande du vérin0 4. Commande de soupapes selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits moyens d'entraînement en rotation des rotors comprennent un train épicycloïdal à deux porte satellites respectivement reliés aux deux rotors et coopérant avec deux éléments analogues du train dont l'un est fixe et l'autre déphasable angulairement par rapport k lui. 5. Commande de soupapes selon la revendication 4, caractérisée en ce que les éléments fixe et déphasable sont deux planétaires et que l'élément formant couronne du train constitue poulie crantée d'entraînement par le roteure