Brevet FR2512492A1 — publié le 19830311

DISPOSITIF DE COMMANDE DE SOUPAPE POUR MOTEURS A COMBUSTION INTERNE A PISTONS AVEC ORGANES DE TRANS- MISSION DE MOUVEMENT MECANO-HYDRAULIQUES L'invention a pour objet un dispositif de commande de soupape pour moteurs à combustion interne avec organe de transmission méca- no-hydrauliquoe entre l'arbre à cames et la soupape, le fluide de pression hydraulique de ces organes pouvant être détendu de façon commandée au moyen d'une conduite de décharge à obturateur pour faire varier le temps d'ouverture de la soupape. Dans les dispositifs de commande de soupape de ce type (DE-OS 29 26 327), il est possible d'obtenir, au moyen d'une commande de soupape mécanohydraulique, une possibilité de variation des temps d'ouverture de soupape pour s'adapter à des conditions de fonctionnement diffé- rentes du moteur à combustion interne Pour cela, le dispositif de commande utilisé comporte un tiroir rotatif entrainé à partir de l'arbre à cames, la position angulaire de ce tiroir par rapport à l'arbre à cames pouvant varier dans certaines limites Par des moyens hydrauliques, le tiroir rotatif provoque alors un raccourcissement du temps d'ouverture de soupape prédéterminé par voie mécanique par les cames de l'arbre à cames, si cela est avantageux pour diminuer la consommation de carburant par réduction des pertes par étranglement ou diminution des chevauchements de soupapes aux faibles vitesses de rotation ou encore pour un meilleur démarrage du moteur à combustion interne. Un inconvénient de cette réalisation est qu'on ne peut pas mettre à profit les avantages d'une commande électronique, par exem- ple d'une commande à champ de caractéristiques, sans mettre en oeuvre des moyens de transmission impor- tants et des servo-régulateurs La précision avec laquelle on peut obtenir la position désirée du tiroir rotatif dépend de la précision des moyens de transmission Les tolérances de fabrication provoquent des écarts ou erreurs de transmission qui ne peuvent pratiquement pas être évités. L'actionnement variable et indépendant des soupapes de cylindres différents et, le cas échéant, la coupure de certains cylindres, ne sont pas possibles, de la façon indiquée. L'invention a pour but d'éviter ces inconvénients et concerne à cet effet un dispo- sitif du type ci-dessus caractérisé en ce qu'une soupape à commande électrique est disposée dans la conduite de décharge du fluide de pression hydrauli- que. Par rapport aux réalisations connues, le dispositif de commande de soupape conforme à l'invention a pour avantage qu'il permet d'obtenir, dans l'étendue de temps de commande extrêmement court déterminé, par voie mécanique, des temps de réponse variables pour le raccourcissement du temps d'ouverture de soupape La dépense ainsi engagée demeure faible Elle permet également une mise en action variable et indépendante des soupapes de cylindres différents et, le cas échéant, une coupure de certains cylindres. Des dispositions indiquées dans la suite permettent d'obtenir des modes de réalisation avantageux et des perfectionnements du dispositif de commande de soupapes conforme à l'invention. La commande piézo-électrique permet d'obtenirdes temps de réponse particulière- ment courts et la mise en oeuvre d'un seul régula- teur piézo-électrique pour deux dispositifs de commande de soupapes permet une simplification supplé- mentaire. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés représentant deux exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels: la figure 1 représente, en coupe, un premier exemple de réalisation de disposi- tif de commande de soupape influencé par voie piézo- électrique; la figure 2 est un graphique représentant les mouvements de soupape, la course de la soupape étant reportée en ordonnée et le temps étant reporté en abscisse sous forme de degrés d'angle de vilebrequin; la figure 3 représente, en coupe, un second exemple de réalisation avec un autre organe de manoeuvre à commande piézo-électrique; la figure 4 estune vue schématique d'un appareil de commande électronique 3 o fournissant également les impulsions de commande pour le dispositif de commande de soupape. Un arbre à cames 2, muni de cames 3, est monté pour être entrainé par un moteur à combustion interne 1 Chaque came 3 est palpée par un piston 4 guidé pour coulisser dans un cylindre de commande 5 Le piston 4 présente une cavité 6 dans laquelle est disposé un ressort de compression hélicoïdal 7 Le cylindre de commande 5 présente une couronne de butée 8 sensiblement au milieu de sa longueur Dans la partie du cylindre de commande 5 située à l'opposé du piston 4 et délimitée par la couronne de butée 8 est guidé un autre piston 9 Dans son fond dirigé vers le piston 4, ce piston 9 présente un évidement 10 dans lequel vient en prise l'autre extrémité du ressort -de compression hélicoïdal 7 Le piston 9 est relié à une soupape d'admission 11 du moteur à combustion interne 1 Ce piston présente également une cavité 12 dans laquelle vient en prise-un ressort de compression hélicoïdal 13 Ce ressort de compression hélicoïdal s'appuie sur le fond 14 du cylindre de commande 5. Comme le montre la figure 1, un conduite de décharge 15 débouche dans le cylindre de commande 5 au-dessus de la couronne de butée 8. Sur cette conduite est branchée une conduite d'amenée 16 qui, par l'intermédiaire d'une soupape anti- retour 17, communique avec un volume de stockage de fluide de pression hydraulique 18 Sur la conduite de décharge 15 est également branchée une conduite de retour 19 Cette conduite peut être fermée au moyen d'une soupape à tiroir comportant un tiroir Le tiroir de soupape 20 guidé dans la conduite de décharge 15 comporte une collerette 21 coopérant avec une partie élargie 22 de la conduite de décharge La collerette 21 et la partie élargie 22 permettent de limiter le déplacement longitudinal du tiroir de soupape entre sa position d'ouverture et sa position de fermeture de la conduite de retour 19 Un ressort de compression hélicoïdal 23 disposé dans un logement 24 tend constamment à maintenir le tiroir de soupape 20 dans sa position de fermeture de la conduite de retour 19 Le tiroir de soupape 20 est muni d'une languette de blocage 25 traversant le volume intérieur du ressort de compression hélicoïdal 23 et venant en prise sur une enclume 26 en saillie latéralement à partir de la conduite de décharge 15 Un poinçon de blocage 27 est disposé en face de l'enclume 26, ce poinçon étant fixé à l'extrémité libre d'une colonne 28 constituée par des disques piézo-électriques empilés. La colonne 28 est assemblée rigidement, par son extrémité située à l'opposé du poinçon de blocage 27, avec le carter du moteur à combustion interne 1 Une connexion 29 sert à appliquer la tension d'alimentation aux disques piézo-électriques de la colonne 29. Si aucune tension n'est appli- quée à la colonne 28, le poinçon de blocage 27 applique la languette de blocage 25 du tiroir de soupape 20 contre l'enclume 26 et bloque ainsi le tiroir de soupape 20 dans la position représentée en figure 1 qui correspond à la fermeture de la conduite de retour 19 La cavité formée entre les deux pistons 4 et 9, dans la conduite de décharge entre le cylindre de commande 5 et le tiroir de soupape 20, et dans la conduite d'arrivée 16 jusqu'à la soupape anti-retour 17, est remplie sans bulles avec le fluide de pression hydraulique 18 Le mouvement mécanique de la came 3 qui tourne dans le sens de la flèche 30 est directement transmis à la soupape d'admission 11 par le piston 4, le fluide de pression hydraulique 18 et le piston 9. Cette soupape ouvre l'orifice d'admission Le tiroir de soupape 20 ne peut pas alors se déplacer sous l'action de la pression du fluide de pression hydraulique 18, car il est bloqué entre l'enclume 26 et le poinçon de blocage 27 Dès que la tension de commande est appliquée à la colonne 28, celle- ci se contracte en direction longitudinale et libère ainsi le tiroir de soupape 20 Ce tiroir de soupape ouvre la conduite de retour 19 sous la pression du fluide de pression hydraulique 18 qui est refoulé par le piston 4 dans la conduite de retour 19 Le piston 9 revient en position de fermeture avec la soupape d'admission 11. La figure 2 représente des cour- bes du déplacement de la soupape d'admission 11 pour différentes conditions de fonctionnement La courbe 31 représente le déroulement du mouvement provoqué uniquement par la came 3 de l'arbre à cames 2 Les courbes 32 et 33 représentent le déroulement du mou- vement pour des temps d'ouverture de soupape raccour- cis Comme cela a déjà été indiqué dans le préambule on peut ainsi, aux faibles vitesses de rotation, réduire les chevauchements de soupapes ou les pertes par étranglement Si le tiroir de soupape est libéré dès le début du mouvement transmis au piston 4 par la came 3, la soupape d'admission 11 n'est pas ouverte Cela est important pour la coupure du cylindre On peut également obtenir un fonctionnement économique du moteur à combustion interne en ne remplissant complètement, à charge partielle, que la moitié des cylindres, l'autre moitié n'étant que partiellement remplie Dans les meilleures conditions, on peut optimiser au moyen d'un appareil de commande électronique 34 la coopé- ration entre la commande de soupape variable et l'injection du carburant, de préférence également variable, ainsi que, le cas échéant, le recyclage 2 $ 12492 des gaz d'échappement Cet appareil de commande est représenté schématiquement sur la figure 4 avec ses postes d'intervention Ses entrées sont alimentées avec des signaux donnant des informations sur la vitesse de rotation du moteur, la charge, la position du point mort supérieur du piston, la température de l'huile, de l'eau et de l'air, le type de carburant ainsi que la pression de l'air et la pression d'ali- mentation L'appareil traite ces informations pour obtenir des signaux de commande qu'il envoie par ses sorties 35 (début et fin d'injection), 36 (com- mande de soupape) et 37 ( recyclage des gaz d'échappement) aux postes de commande appropriés. Dans le second exemple de réalisation, un bloc de commande piézohydraulique 38 est utilisé au lieu du tiroir à soupape 20 avec tous les composants agissant sur lui pour une commande de soupape suivant la figure 1 Ce bloc de commande piézo-hydraulique 38 est constitué par un carter de tiroir 39 et un carter de manoeuvre 40. Le carter de tiroir 39 présente un alésage 41 pour un tiroir de soupape 42, cet alésage étant-fermé de part et d'autre du tiroir par des bouchons filetés 43, 44 Des conduits 45, 46 pratiqués à l'intérieur du carter de tiroir 39 sont respectivement reliés aux conduites de décharge 15 de deux dispositifs de commande de soupape Un conduit 47 est en liaison avec une conduite de retour 49 Une gorge 48 tournée dans le tiroir de soupape 42 et les embouchures des conduits 45 à 47 sont disposées de manière que, dans les deux positions d'extrémité possibles du tiroir de soupape 42, l'un des conduits 45, 46 puisse être relié au conduit 47 Les positions d'extrémité du tiroir de soupape 42 peuvent être réglées dans certaines limites au moyen des tétons de butée des bouchons filetés 43, 44. Dans la position du tiroir de soupape 42 représentée en figure 3, il y a une liaison entre les conduits 45 et 47 Le conduit 46 est fermé. Cela signifie que le dispositif de commande de soupape dont la conduite de décharge 15 est reliée au conduit n'agirait pas-, sa came 3 commençant alors à action- ner son piston 4 Par contre, le dispositif de comman- de de soupape dont la conduite de décharge 15 est reliée au conduit 46 est en action Son fluide de pression hydraulique 18 ne pourrait pas s'échapper et le mouvement de son piston 4 provoqué par sa came 3 serait transmis à sa soupape d'admission 11 par l'intermédiaire de son piston 9 Pour commander la position du tiroir de soupape 42 dans le carter de tiroir 39, des chambres de pression 49, 50 situées de part et d'autre du tiroir de soupape 42 sont reliées à des chambres de pression 55, 56 du carter de manoeuvre 40 par des conduits 51, 52 pratiqués dans le carter de tiroir 39 et des conduits 53, 54 pratiqués dans le carter de manoeuvre 40 Ces chambres de pression 55, 56 sont situées de part et d'autre d'un piston 57 guidé dans un cylindre appro- prié 55/56 Le piston 57 comporte une gorge tournée 58, Dans le domaine correspondant un conduit 59 débouche, raccordant le carter de manoeuvre 40 -au circuit d'htile de lubrification du moteur à combustion interne 1 Ce raccordement est assuré par une condui- te 60 Les chambres de pression 55, 56 sont reliées l'une à l'autre ainsi qu'au raccord sous pression 59, 60 par des intervalles d'étranglement 61, 62 Le piston 57 est monté solidairement sur un tourillon 63 constituant l'extrémité d'une colonne 64 formée par des disques piézo-électriques empilés Le tou- rillon 65 formant l'autre extrémité de cette colonne 64 est assemblé rigidement avec le carter de manoeuvre Une connexion électrique 66 relie la colonne 64 à l'appareil de commande électronique 34 en traversant un joint d'étanchéité 67 Un couvercle 68 ferme le cylindre 55/56. Si aucune tension n'est appliquée à la colonne 64, le tiroir de soupape 42 est maintenu dans la position représentée en figure 3 (butée sur le bouchon fileté de gauche 43) Dès qu'une tension est appliquée, la colonne 64 se dilate et déplace le piston 57 vers la gauche en se référant à la figure 3, 'La pression s'élève dans la chambre de pression 55 ainsi que dans la chambre de pression 49, tandis que la pression s'abaisse dans la chambre de pression 56 ainsi que dans la chambre de pression 50 Pour réaliser un équilibrage de pression, le tiroir de soupape 42 se déplace vers la droite en position de butée sur le bouchon fileté 44 Il en résulte que le conduit 45 est fermé et que le conduit 46 est ouvert. Le bloc de commande piézo- hydraulique représenté convient donc pour commander deux dispositifs de commande de soupapes Si la commande électrique de l'élément piézoélectrique venait à être défaillante, le moteur à combustion interne peut fonctionner à demi-charge (un cylindre à pleine charge et un cylindre à charge nulle en alternance). REVENDICATIONS 1 Dispositif de commande de soupape pour moteurs à combustion interne avec organe de transmission mécano-hydrauliques entre l'arbre à cames et la soupape, le fluide de pression hydrau- lique de ces organes pouvant être détendu de façon commandée au moyen d'une conduite de décharge à obturateur pour faire varier le temps d'ouverture de la soupape, caractérisé en ce qu'une soupape à commande électrique ( 20, 42) est disposée dans la conduite de décharge ( 15) du fluide de pression hydraulique ( 18). 2 Dispositif de commande de soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape à commande électrique est constituée par une soupape à tiroir ( 20) chargée dans le sens d'ouverture par la pression du fluide de pression hydraulique ( 18) et en ce qu'un organe de manoeuvre électrique ( 28) ayant une composante de manoeuvre perpendiculaire à la direction de déplacement du tiroir ( 20) est associé à la soupape à tiroir ( 20), cet organe exerçant une force de blocage sur la soupape à tiroir ( 20) et empêchant son déplacement jusqu'au bra Achement ou à la coupure d'une tension de service. 3 Dispositif de commande de soupape selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'organe de manoeuvre électrique ( 28) est un organe piézo-électrique. 4 Dispositif de commande de soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'organe de manoeuvre électrique ( 28) est constitué par plusieurs disques piézo-électriques empilés pour former une colonne. 5 Dispositif de commande de soupape selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'axe de la colonne ( 28) est disposé, au moins approximativement, perpendiculairement au sens de déplacement du tiroir ( 20) de la soupape. 6 Dispositif de commande de soupa- pe selon l"une quelconque des revendications 1 à 5,- caractérisé en ce que le tiroir ( 20) de la soupape est muni d'une languette de blocage ( 25). 7 Dispositif de commande de soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à -, caractérisé en ce que l'organe de manoeuvre électrique ( 28) applique le tiroir ( 20) de la soupape, de préférence la languette de blocage ( 25) de ce tiroir, contre une butée ( 26) solidaire du carter, le tiroir étant ainsi maintenu fixe par une force. 8 Dispositif de commande de soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'organe de manoeuvre électrique ( 28) comporte un poinçon de blocage ( 27), le carter ( 1) de la soupape comportant une enclume ( 26). 9 Dispositif de commande de soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape à commande électrique est une soupape à tiroir dont le tiroir ( 42) peut être commandé au moyen d'un bloc de commande piézoélectrique ( 38) en position d'ouverture et en position de fermeture de la conduite de décharge ( 15). Dispositif de commande de soupape selon la revendication 9, caractérisé en ce que le tiroir de soupapes( 4) est disposé, au moins approxima- tivement perpendiculairement à la conduite de décharge ( 5). 11 Dispositif de commande de soupape selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que le tiroir de soupape ( 42) agit sur les conduites de décharge ( 15) de deux dispositifs de commande de soupape. 12 Dispositif de commande de soupape selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que le bloc de commande piézo-électrique est un bloc de commande piézo- hydraulique ( 38) qui comprend un organe de manoeuvre ( 64) à action piézo-électrique, un piston ( 57) assemblé avec cet organe de manoeuvre ( 6-4), disposé dans une chambre ( 55/56) remplie de liquide et séparant cette chambre ( 55/56) en deux chambres de pression ( 55/56), ainsi qu'un tiroir de soupape ( 42) disposé dans un alésage ( 41), le tiroir ( 42) ayant une section bien plus faible que le piston ( 57) assemblé avec l'organe de manoeuvre ( 64) et divisant l'alésage ( 41) en deux chambres de pression ( 49, 50) reliées aux chambres de pression ( 55/56) voisines du piston ( 57), ce tiroir ( 42) présentant, dans sa partie médiane, une gorge tournée ( 48) qui, dans au moins l'une de ses positions possibles, ferme au moins l'une des conduites de décharge ( 15; , 46) et qui, dans au moins une autre position, est éloigné du domaine de cette conduite de décharge ( 15; 45, 46), de sorte que le tiroir ( 42) laisse cette conduite ( 15; 45, 46) ouverte. 13 Dispositif de commande de soupape selon la revendication 12, caractérisé en ce que chaque conduite pouvant être fermée ou dégagée par le tiroir de soupape ( 42) constitue la conduite de décharge du fluide de pression hydrauli- que ( 18) des organes de transmission de mouvement mécano-hydrauliques ( 4, 9, 18) disposés entre l'arbre à cames ( 2) et la soupape ( 11). 14 Dispositif de commande de soupape selon l'une ou l'autre des revendications :5 12 et 13, caractérisé en ce que l'alésage ( 41) du tiroir de soupape ( 42) est fermé de part et d'autre du tiroir ( 42) par des butées mécaniques réglables ( 43, 44) destinées au tiroir ( 42). Dispositif de commande de soupape selon l'une quelconque des revendications 12 à 14; caractérisé en ce que les chambres de pression ( 55, 56) situées de part et d'autre du piston ( 57) sont reliées, par l'intermédiaire d'inter- valles d'étranglement ( 61, 62), au raccord de pres- sion ( 59, 60) du liquide hydraulique du bloc decom- mande piézo-hydraulique ( 38) ainsi qu'entre elles. 16 Dispositif de commande de soupape selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que le raccord de pression ( 59, 60) est un raccord relié au circuit d'huile de lubrification du moteur à combustion interne ( 1). 17 Dispositif de commande de soupape selon l'une quelconque des revendications 12 à 16, Caractérisé en ce que le rapport de transmission hydraulique entre la section du piston et la section du tiroir de soupape est plus grand que le rapport entre la course du tiroir et la course prélevée sur l'organe de manoeuvre ( 64) agissant par voie piézo- électrique. 18 Dispositif de commande de soupape selon l'une quelconque des revendications 12 à 17, caractérisé en ce que le coefficient de dilatation thermique linéaire du piston ( 57) est plus grand que celui du carter de manoeuvre ( 40) qui l'entoure.