Brevet FR2517740A1 — publié le 19830610

La présente invention se rapporte à un dispositif pour commander l'actionnement des soupapes d'admission et d'échappement d'un moteur à com- bustion interne et concerne plus particulièrement un dispositif pour commander l'actionnement des soupapes d'un moteur à combustion interne comprenant plusieurs cylindres dont chacun comporte plusieurs soupapes alternatives d'admission et d'échappement. La Demanderesse de la présente invention a déjà proposé un système d'actionnement de soupapes conçu pour assurer un actionnement efficace sur toute la gamme des vitesses de rotation, c'est-à-dire, depuis les régimes éle- vés jusqu'aux régimes bas du moteur, dans lequel chacun des cylindres est équi- pé de plusieurs soupapes d'admission et d'échappement o l'une, au moins des soupapes d'admission et l'une, au moins des soupapes d'échappement est commu- tée de façon à être active ou inactive, selon les conditions de charge du moteur. Dans un système d'actionnement tel que celui mentionné ci-dessus, dans lequel les transitions de l'état actif à l'état inactif des soupapes ont lieu à une vitesse de rotation prédéterminée du moteur, en particulier, quand le régime du moteur a été amené près de la vitesse de rotation prédéterminée mentionnée ci-dessus, une telle opération de commutation se produit très fré- quemment Il en résulte que les organes-de commande du mécanisme d'actionnement des soupapes sont progressivement détériorés et peuvent être la source de bruits déplaisants De plus, le confort du véhicule automobile équipé d'un tel moteur à combustion interne peut être affecté par les fluctuations de la puissance de celui-ci dues à la différence de la force développée avant et après l'opéra- tion de commutation des soupapes A cela s'ajoute un défaut qui réside dans le fait que la puissance du moteur diminue à la vitesse de rotation à laquelle l'opération de commutation décrite ci-dessus des soupapes est exécutée. En conséquence, l'un des buts de l'invention est de fournir un dis- positif de commande de l'actionnement des soupapes conçu pour commander les transitions entre les états actifs et inactifs des soupapes alternatives en réponse à la vitesse de rotation du moteur à combustion interne, dans lequel le nombre des opérations de commutation est réduit alors que la vitesse de rotation du moteur se rapproche du seuil fixé pour l'opération de commutation, évitant ainsi de détériorer le mécanisme et de produire du bruit Un autre but de l'invention est de prolonger la durée du dispositif et de fournir un dis- positif qui assure la souplesse et la puissance du moteur aux points de commuta- tion. Selon la présente invention, le dispositif de commande d'actionnement de soupapes qui en fait l'objet présente une courbe caractéristique d'hystérésis, 17740 c'est-à-dire, que la vitesse de rotation à laquelle la soupape passe de son état actif à son état inactif est différente de la vitesse à laquelle cette soupape passe de son état inactif à son état actif. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, en référence au dessin annexé, sur lequel la figure 1 est une vue en perspective illustrant une partie d'un moteur à combustion interne équipé d'un certain nombre de soupapes d'admission et d'échappement appelées à être entraînées par le dispositif de la présente invention la figure 2 est une vue représentant un arrangement des valves d'admission et d'échappement de la figure 1; les figures 3 et 4 sont des vues en coupe représentant un mode de réalisation du mécanisme d'actionnement de soupapes conforme au dispositif de commande d'actionnement de l'invention; la figure 5 est un schéma de principe d'un montage de commande pour le mécanisme d'actionnement de soupape de l'invention la figure 6 est un graphique représentant la courbe caractéristique d'hystérésis d'une partie du montage de commande de la f:igure 5; la figure 7 est un schéma de principe d'un autre montage de commande pour le mécanisme d'actionnement de soupapes selon la présente invention; et la figure 8 est un graphique représentant le, courbe de puissance d'un moteur à-combustion interne dont chaque cylindre est équipé de plusieurs soupapes d'admission et d'échappement. En se référant à la figure 1, on voit une partie d'un moteur à com- bustion interne dont chaque cylindre comporte deux soupapes d'admission et deux soupapes d'échappement La référence 1 désigne un cylindre comportant deux soupapes d'admission en parallèle 3 qui ouvrent et ferment les orifices d'ad- mission correspondants 2 débouchant à l'intérieur du cylindre 1, et comportant aussi deux soupapes d'échappement 5 qui ouvrent et ferment les orifices d'échap- pement correspondants 4 Les soupapes d'admission 3 et les soupapes d'échappe- ment 5 sont respectivement sollicitées, par des moyens appropriés 3 a et 5 a, à fermer les orifices d'admission et d'échappement 2 et 4 Ces soupapes sont - actionnées au moyen de poussoirs 6 associés à des cames 9, et qui s'appliquent contre la partie supérieure des soupapes correspondantes de manière à ouvrir ces dernières de façon intermittente en fonction de la rotation d'uinvilebrequin (non représenté) Une extrémité (non représentée) de chacun des poussoirs 6 est supportée à pivotement par unemécanisme approprié qui permet la commutation entre les états actifs et les états inactifs, c'est-à-dire, que l'une des sou- papes d'admission 3 et/ou l'une des soupapes d'échappement 5 sont actionnées ou désactivées en fonction du mouvement de rotation du moteur, comme représente' sur la figure 2. Les figures 3 et 4 représentent un exemple du mécanisme qui est utilisé pour actionner l'une ou l'autre des soupapes d'admission 3, ou des soupapes 5 d'échappement qui seront rendues inactives Ce mécanisme d'action- nement est décrit dans la demande de brevet japonais no 56176655 qui a été déposée par la Demanderesse de la présente invention La figure 3 représente l'état d'actionnement de la soupape et la figure 4 l'état inactif de celle-ci. Comme on le voit sur les figures 3 et 4, l'une des extrémités du poussoir 6 est supportée à pivotement par une rotule 7 c d'un piston-plongeur 7 Un res- sort 8 est placé à cette extrémité du poussoir 6 et s'enroule autour du col de la rotule 7 c du piston-plongeur 7 afin de fixer cette extrémité de support pivotante Le poussoir 6 comporte une partie coulissante 6 a qui est en contact avec la came 9 La came 9 tourne en synchronisme avec le moteur en pressant de façon intermittente le poussoir 6 vers le bas, de sorte que ce poussoir 6 ouvre par intermittence la soupape alternative mentionnée ci-dessus. Le piston-plongeur 7 est logé à glissement dans un cylindre de com- mande fixe 10 de manière à former une chambre de pression 11 Un canal hydrau- lique Ta traverse axialement le piston-plongeur 7 Ce canal Ta communique avec une gorge 7 b formée dans la paroi latérale du piston-plongeur 7 Un canal d'ad- mission de pression hydraulique 12 débouche en deux points avec la paroi la- térale du cylindre de commande fixe 10 Plus précisément, la paroi du cylindre présente un premier et un second canaux hydrauliques 12 a et 12 b qui commu- niquent en continu avec une source appropriée (non représentée) d'un fluide sous pression, les extrémités terminales de deux canaux 12 et 12 b étant dis- posées de manière à déboucher dans la gorge 7 b du piston-plongeur T quand ce dernier occupe une première et une seconde positions axiales prédéterminées, c'est-a-dire, respectivement une position haute et une position basse par rap- port au cylindre fixe 10, comme représenté respectivement sur les figures 3 et 4 En conséquence, le-fluide de la source hydraulique mentionnée (non repré- senté) alimente constamment le canal hydraulique 7 a Le piston-plongeur 7 est sollicité en direction de la came 9 par un ressort 13 disposé dans la chambre de pression 11 Le piston-plongeur 7 présente, à la partie du canal hydraulique Ta débouchant à l'extrémité supérieure de la chambre de pression 11 un siège de valve Un obturateur sphérique 14 s'applique contre ce siège sous l'action d'un petit ressort 16 logé dans une cuvette 15, définissant ainsi un premier clapet de non retour adapté à permettre une communication unidirectionnelle entre le canal hydraulique axial Ta du piston-plongeur 7 et la chambre de pres- sion 11 du cylindre de commande fixe 10 Un orifice d'échappement 17 est formé dans la paroi latérale du cylindre 10 qui forme la chambre de pression 11 Cet orificei 17 s'étend approximativement suivant un rayon du cylindre 10 et com- munique avec une buse 18 La buse 18 comporte également un obturateur sphérique 19 qui est sollicité par un ressort 21 logé dans une cuvette 20 et monté sur la buse 18 Ainsi est formé un second clapet de non retour La buse 18 communique avec un orifice de drainage 23 à travers une chambretampon 26 formée dans un cylindre de guidage 22 Le cylindre 22 est équipé d'un plongeur de commande mu par un électro-aimant 24 Le plongeur 25 a une pointe allongée qui est adaptée à s'engager axialement dans la buse 18 lorsque l'électro-aimant 24 est excité, en repoussant ainsi l'obturateur sphérique 19 à l'encontre de la force du ressort 21 pour ouvrir le second clapet. Dans un mécanisme de commande de valves conforme à la présente inven- tion, ayant la structure décrite ci-dessus, l'électro-aimant 24 est désexcité quand la valve-alternative est mise en action Dans cette situation, le fluide hydraulique alimente le canal Ta à travers le canal d'alimentation 12, le fluide contenu dans le canal hydraulique Ta étant fourni à la chambre de pres- sion 11 par le premier clapet A ce moment, puisque la buse 18 a été bloquée par l'obturateur sphérique 19, le piston plongeur 7 supporte à pivotement le poussoir 6, à l'encontre de la pression s'exerçant sur celui-ci En conséquence, le corps de la soupape alternative est pressé de façon intermittente vers le bas par la rotation de la came 9, ce qui correspond à la phase active du fonc- tionnement de la soupape. Par contre, quand la soupape alternative doit gtre rendue inactive, on excite l'électro-aimant 24, de sorte que le plongeur de commande 25 s'avance axialement à l'intérieur de la buse 18, en repoussant l'obturateur sphérique 19 de façon à ouvrir le second clapet Dans cette situation, le fluide remplis- sant la chambre de pression 11 s'échappe par l'orifice 17 à travers la buse 18, la chambre-tampon 26 du cylindre de guidage 22 et par l'orifice de drainage 23, comme représenté sur la figure 4 En conséquence, le piston-plongeur 7 descend dans le cylindre 10 quand le poussoir 6 est pressé vers le bas par la came 9, car la force de support du piston-plongeur 7 fait maintenant défaut En consé- quence, la soupape alternative 3 a été désactivée, comme représenté sur la figure 4 A ce moment, le piston-plongeur 7 est poussé vers le haut par le ressort 13, en direction de la came 9, de telle manière que sa partie de glissement 6 reste en permanence au contact de la came 9 Dans cette situation, le fluide hydaulique qui entre ou sort de la chambre de pression 11 assure les fonctions d'un amortisseur hydraulique absorbant les vibrations du piston- plongeur 7 La force élastique du-ressort 13 est calculée de façon qu'il soit assez faible pour ne pas permettre au poussoir 6 d'ouvrir la soupape alterna- tive. Pour ramener la soupape de son état inactif à son état actif, on de- sexcite l'électro-aimant 24 De ce fait, le plongeur de commande 25 revient à une position proche du second clapet et la pression hydraulique remonte rapidement dans la chambre de pression 11, de sorte que le pistonplongeur 7 revient à la position dans laquelle la soupape est active, comme représenté sur la figure 3 Quand le plongeur de commande 25 se rétracte et que le pis- ton-plongeur 7 est poussé vers le haut, la chambre-tampon 26 du cylindre de guidage 22 joue temporairement le rôle d'un réservoir d'huile auxiliaire con- tribuant avantageusement à une ascension rapide du piston plongeur 7. Le mécanisme de commande de soupape décrit ci-dessus actionne la valve d'admission ou d'échappement, en rendant celle-ci sélectivement inactive en réponse au signal de commande qui est fourni d l'électro-aimant 24 Le dispositif de commande de soupape conforme à la présente invention possède, au moins, deux mécanismes de commande de soupapes de ce type. En se référant maintenant à la figure 5, on voit le schéma d'un montage conçu pour fournir des signaux de commande à l'électro-aimant 24 A du mécanisme qui commande le fonctionnement de l'une au moins des soupapes d'admission et à l'électro-aimant 24 B qui commande l'une au moins des sou- papesd'échappement du dispositif de commande de soupapes conforme à la pré- sente invention Ce montage de commande comprend un circuit 30 conçu pour engendrer une tension v représentative de la vitesse de rotation du moteur. n - Dans le mode de réalisation représenté, le circuit 30 comprend un alternateur ACG qui est entraîné par la rotation du vilebrequin ainsi qu'une diode D, des résistances R et R 2 et un condensateur C qui formertumcilcuit de redressement 1 2 et de filtrage de la tension de sortie de l'alternateur Le circuit 30 délivre une tension vn, fonction de la vitesse de rotation du moteur, qui est appliquée à la borne d'entrée positive d'un amplificateur opérationnel OP Une tension de référence v est appliquée à la borne d'entrée négative de l'amplificateur r OP à travers une résistance R 3 Une résistance de rétroaction R 4 est branchée entre l'entrée négative et la borne de sortie de l'amplificateur OP, et un comparateur 31, qui se compose de l'amplificateur opérationnel OP et des résis- tances R 3 et R 4 a une courbe d'hystérésis comme celle représentée sur la figure 6 A la sortie du comparateur 31 apparaît une tension -VOM qui correspond a un " O " binaire quand la tension d'entrée v est supérieure à la tension (V + nr A V 1) et il délivre une tension +Vo M correspondant à un " 1 " binaire quand la tension d'entrée v est plus petite que la tension (Vr A V 2) Un interrupteur nr 32, commandé par le signal de sortie du comparateur 31, est intercalé dans le circuit d'alimentation des électro-aimants 24 A et 24 B L'interrupteur 32 est 17740 fermé quand la tension v O du comparateur 31 est à un niveau élevé, c'està- dire, correspond à un " 1 " binaire, et en conséquence, les électroaimants 24 A et 24 B sont excités, rendant la soupape inactive. En se référant maintenant à la figure 7, on voit le schéma d'un autre montage de commande dans lequel la vitesse de rotation à laquelle la valve est remise en action, après avoir été inactive, a lieu à deux vitesses de rotation différentes qui sont déterminées par des tensions de référence V 1-et Vr 2 qui dépendent de la nature de la soupape, c'est-à- dire, selon qu'il s'agit d'une soupape d'admission ou d'échappement Ce montage est caractérisé par la présence o de deux électro-aimants 24 A et 24 B respectivement commandés par deux interrup- teurs 32 A et 3 ?B qui sont respectivement fermés par un signal de sortie des comparateurs 31 A et 31 B. La figure 8 est un diagramme qui illustre la relation entre la varia- tion de la puissance du moteur et la variation de la vitesse de rotation de celui-ci dans le cas d'un moteur à combustion interne équipé de deux soupapes d'admission et de deux soupapes d'échappement par cylindre Sur ce diagramme, la courbe continue "a" représente la courbe de variation de la puissance dans le cas o toutes les soupapes d'admission et d'échappement sont en action, la courbe en traits mixtes "b" représentant la courbe caractéristique de puissance pour le cas o une seule des soupapes d'échappement est rendue inactive tandis que les autres soupapes d'admission et d'échappement sont actives et la courbe en tirets "c" représente la courbe caractéristique de puissance du moteur dans le cas o l'une des soupapes d'admission et l'une des soupapes d'échappement sont actives, tandis que les autres soupapes d'admission et d'échappement sont inactives On voit clairement sur la figure 8 que la courbe en traits mixtes "b" croise la courbe en tirets "c" lorsque le moteur tourne à la vitesse N 1 et que la courbe continue "a" croise la courbe "b" à la vitesse N 2 du moteur. En conséquence, en réglant les tensions de référence V r 2 et Vr i aux vitesses de rotation N 1 et N 2 du moteur dans le montage de commande représenté sur la figure 7, il est possible d'obtenir une courbe caractéristique de puis- sance comme celle représentée par la ligne en tirets "c" quand la vitesse de rotation du moteur est inférieure à la vitesse N 1 et comme celle représentée par la courbe "b" quand la vitesse de rotation du moteur est comprise entre n 1 et N 2, et une courbe caractéristique comme celle représentée par la ligne continue "a" quand la vitesse de rotation du moteur est supérieure à N 2 On voit également sur la figure 8, que la transition de la courbe caractéristique de puissance, pendant le passage de l'état actif à l'état inactif des soupapes est continue, ce qui est avantageux pour éliminer les changements brusques de puissance du moteur qui pourraient résulter de la commutation des états de fonctionnement des soupapes. On comprend aisément, à la lumière de ce qui précède, que grâce aux montages de commande de la présente invention représentée sur les figures 5 et 7, la fréquence des opérations de commutation est réduite puisque les transi- tions entre les états actifs et inactifs des soupapes ont lieu autour de seuils prédéterminés de la vitesse de rotation du moteur, selon une courbe caractéris- tique d'hystérésis comme celle représentée sur la figure 6, par exemple. Le dispositif de commande d'actionnement des soupapes conforme à la présente invention permet de prolonger la durée des soupapes et de réduire, en même temps, le bruit du moteur. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'exemple de réalisation représenté et décrit, sans sortir pour autant du cadre de l'invention. C'est ainsi, par exemple, que dans le mode de réalisation décrit ci- dessus, le montage d'hystérésis utilise un amplificateur opérationnel, mais il est bien évident que la présente invention n'est nullement limitée à une telle utilisation et il va de soi que des montages ayant diverses courbes caracté- ristiques d'hystérésis pourraient aussi être utilisés REVENDICATIONS 1 Dispositif de commande d'actionnement des soupapes d'un moteur à combustion interne comportant un vilebrequin et un cylindre ( 1) pourvu de plusieurs soupapes d'admission ( 3) ou d'échappement ( 5), caractérisé en ce qu'il comprend: a) des moyens ( 30) mesurant la vitesse du moteur afin d'engendrer un signal (v) de vitesse de moteur indiquant la vitesse de rotation du vilebre- quin b)run arbre à cames entraîné par le vilebrequin; c) un certain nombre de cames ( 9) associées audit arbre afin d'ou- vrir l'une des soupapes d'admission ( 3) et d'échappement ( 5) en conformité avec la rotation dudit arbre à-cames, selon une synchronisation prédéterminée d) des moyens de commutation associés avec, l'une au moins desdites cames ( 9) afin d'interrompre sélectivement une opération d'ouverture de la sou- pape à la suite de la réception d'un signal de commande (v O); et, e) des moyens de commande pour produire ledit signal de commande (v) en réponse audit signal de vitesse de moteur, lesdits moyens de commande compor- tant un premier niveau de seuil de vitesse qui est utilisé pour la production dudit signal de commande d'actionnement de soupapes et un second niveau de vitesse de seuil de moteur qui est utilisé pour arrêter ledit signal de commande d'actionnement de valve, produisant ainsi une courbe caractéristique d'hystérésis dans l'opération de commutation entre les états actifs et inactifs de la soupape. 2 Dispositif de commande d'actionnement de soupapes selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de commutation comprennent un cylindre de commande ( 10) associé auxdites cames ( 9), mu par une source de fluide sous pression, et un dispositif électromagnétique ( 24) entraîné par ledit signal de commande de soupape afin d'ouvrir et de fermer une soupape de commande ( 19) prévue dans un canal ( 17) faisant communiquer ladite source de fluide sous pres- sion avec ledit cylindre de commande ( 10). 3 Dispositif de commande d'actionnement de soupapes selon la reven- dication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens ( 30) pour mesurer la vitesse du moteur comprennent un alternateur (ACG) entraîné par le vilebrequin,un cir- cuit de redressement et de filtrage relié à cet alternateur afin de produire ledit signal de vitesse (vn) de moteur en réponse à un signal de sortie dudit alternateur. 4 Dispositif de commande d'actionnement de soupapes, selon la reven- dication 3, caractérisé en ce que le circuit de redressement et de filtrage comprend un circuit en série d'une diode (D) et d'une résistance (R 1), connecté 17740 à la borne de sortie dudit alternateur, et un condensateur (C) branché entre une borne de sortie dudit circuit série et la masse. Dispositif de commande d'actionnement de soupapes, selon la revendication l ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande comprennent un amplificateur opérationnel ( 31) ayant une première borne d'entrée pour rece- voir ledit signal de vitesse (vn) de moteur dudit moyen de mesure de vitesse ( 30) et une seconde borne d'entrée pour recevoir une tension de référence (v), ainsi qu'une borne de sortie pour délivrer ledit signal (v 0) de commande d'entraîne- ment de soupapes, et une résistance (R 4) branchée entre ladite seconde borne d'entrée et ladite borne de sortie de l'amplificateur opérationnel ( 31).