Brevet FR2529616A1 — publié le 19840106

SYSTEME DE RAPPEL PNEUMATIQUE DE SOUPAPE POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention se rapporte à un système de rappel de soupape pour moteur à combustion interne à régime rapide et plus particulièrement à un système de rappel de soupape du type comprenant un piston solidaire d'une tige de soupape liée à un dispositif de commande, et coulissant dans un cylindre Les ressorts mécaniques couramment utilises pour le rappel des soupapes de moteur sont soumis à un phenomène défavorable connu sous le terme '(d'affolement de soupape". En effet la fréquence propre de vibration d'un ressort est d'autant plus basse que sa déflexion est grande. Les ressorts de soupape entrent ainsi en vibration à des régimes moteurs relativement bas lorsque les levées de soupape ont eté définies grandes. Il en résulte sur ce type de moteur des puissances trop faibles à haut régimes malgré une bonne alimentation théorique. Pour éviter l'affolement de soupape, le brevet FR 76-23272 propose un dispositif différentiel de transmission hydraulique que l'on interpose entre un poussoir de soupape et un ressort de rappel Ce dispositif différentiel permet de dissocier la valeur de la levée de soupape de celle de la déflexion du ressort. Une autre solution courante consiste à utiliser des ressorts à interférence constitués par deux ressorts imbriqués l'un dans 1 'autre. Le brevet FR 335.081 décrit un dispositif desmodromique de commande de soupapes qui comporte deux pistons coulissant dans un cylindre et dont l'un est fixé rigidement à la tige de soupape. Un dispositif différentiel de transmission hydraulique ne permet pas de s'affranchir des ressorts mécaniques. Les ressorts à interférence ne conviennent pas aux régimes élevés du moteur où ils sont soumis à des cassures nettes des spires Les pistons décrits dans le brevet FR 335.081 contribuent à réaliser efficacement la fermeture des soupapes sans risque de détérioration et de choc pour la soupape et ses organes associés en raison des différences de pression agissant sur les deux côtés de la soupape quand elle est fermée. Ces pistons ne servent donc pas à éviter l'affolement de soupape. La présente invention a pour but de résoudre le problème posé par l'affolement de soupape de façon simple et efficace en s'affranchissant des ressorts mécaniques tout en conservant ia levée de soupape désirée pour tous les régimes de fonctionnement du moteur, notamment les régimes les plus élevés. A cet effet, l'invention a pour objet un système de rappel de soupape pour moteur à combustion interne, du type comprenant un piston solidaire d'une tige de soupape et coulissant dans un cylindre, système caractérisé en ce que le piston, -la tige de soupape et le cylindre forment une chambre parfaitement étanche qui renferme un fluide compressible se trouvant â une pression minimale de tarage prédéterminée PO correspondant à la position de fermeture complète de la soupape. Suivant une autre caractéristique de l'invention, des moyens sont prévus pour alimenter la chambre en fluide compressible et y maintenir une pression supérieure ou égale à une pression minimale de tarage prédéterminée P , ce qui permet de compenser toutes les o fuites de fluide compressible en cours de fonctionnement. Suivant une autre caractéristique de l'inventiong des moyens sont prévus pour maintenir à l'intérieur de la chambre une pression inférieure ou égale à une pression maximale prédéterminée P1 correspondant à la position d'ouverture complète de la soupape, ce qui permet d'évacuer lehuile introduite dans la chambre en cours de fonctionnement. Ces caractéristiques permettent d'éviter l'affolement rapide des soupapes tout en apportant des avantages considérables suivants - une grande fiabilité du système de rappel, - une possibilité d'exploites'une plage de régimes ou de puis sances plus élevés, donc une meilleure possibilité d'exploiter les moteurs à turbo-compresseur, - un recours à des lois de levée de soupape plus sévères, - un silence de fonctionnement grâce aux réductions des frotte- ments, des vibrations et des dépenses d'énergies L'invention est expliquée plus clairement ci-après à l'aide d'un mode de réalisation décrit à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexes dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe partielle de la culasse d'un moteur à combustion interne montrant un ressort pneumatique assemblé, conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue de dessus d'un corps de ressort pneur,l- tique appelé jumelle, conforme à l'invention, - la figure 3 est une vue du corps de ressort pneumatique de la figure 2 en coupe longitudinale suivant 3-3, - la figure 4 est une vue du corps de ressort pneumatique de la figure 3 en coupe longitudinale suivant 4-4, - la figure 5 est une vue partielle du corps de ressort pneuma tique de la figure 2 en coupe suivant 5-5, - la figure 6 est une vue du corps de ressort pneumatique de la figure 2 en coupe transversale suivant 6-6, - la figure 7 est une vue partielle de dessus d'une culasse de moteur montrant l'arrivée de l'alimentation commune en air comprimé des jumelles ou corps de ressort pneumatique assemblés, - la figure 8 représente des courbes de variation de pression dans la chambre d'un ressort pneumatique conforme à l'invention en fonction de la levée de soupape, illustrant le fonctionnement du clapet anti-retour d'admission de ce ressort - la figure 9 représente des courbes de variation de pressions dans la chambre d'un ressort pneumatique conforme à l'invention en fonction de la levée de soupape, illustrant le fonctionne ment du clapet de surpression de ce ressort. Conformément au mode de réalisation représenté aux figures 1 et 7, des paires de soupapes d'admission 2 et d'échappement 4 d'un moteur à combustion interne l sont montées coulissantes dans des paires de guides respectives 6 et 8 convenablement fixées dans la culasse 10 du moteur. Les corps de ressort pneumatiques 12 et 14 sont montés de façon appropriée dans la culasse 10 du moteur sur la partie supérieure des guides de soupape 6 et 8 respectivement. La description du corps de ressort pneumatique 12 est identique à celle du corps de ressort pneumatique 14. Le corps de ressort pneumatique ou jumelle 14 est associé à deux soupapes d'échappement 4. Comme cela est visible sur les figures l à 4, le corps de ressort pneumatique 14 présente deux cylindres parallèles 16 et 18 dans chacun desquels coulisse un piston 20 rigidement lié à la tige de soupape correspondante 4, 2. Le piston 20, la tige de soupape 4 et le cylindre 16 définissent ensemble une chambre annulaire 22.Cette chambre 22 est rendue parfaitement étanche à l'aide des joints d'étanchéité 24, 26 et 28 respectivement logés de façon appropriée entre le piston 20 et le cylindre 16, le piston 20 et la tige de soupape 4, le corps de ressort pneumatique 14 et la tige de soupape 4. Le corps de ressort pneumatique 14 présente ainsi deux logements 30 et 31 destinés à recevoir les guides de soupape 8, les tiges de soupape 4 et les joints d'étanchéité 28e Le corps de ressort pneumatique i4 est traversé longitudi- nalement au-desous du niveau du fond des chambres 22 et 23 par Uil canal d'alimentation 32.Ce canal d'alimentation 32 communique avec l'extérieur par deux ouvertures débouchantes 34,35 dans ltune 34 desquelles vient se raccorder la prise d'alimentation 36. Ce canal communique également avec les fonds des cylindres 16 et 18 par un clapet anti-retour d'admission 38 à bille 39 et ressort taré et par deux perçages precis I et 42. Ces perçages 40 et 42 mettent l'alésage 44 du clapet d'admission 38 en communication avec les chambres 22 et 23 respectivement Comme le montrent les figures 2 et 5, le corps de ressort pneumatique 14 est muni d'un clapet de surpression 46 à bille 47 et ressort taré. Ce clapet communique avec les chambres 22 et 23 aux points les plus bas des cylindres respectifs 16 et 18 par des perçages précis 48. Il communique aussi avec l'atmosphère par un perçage 50 représenté à la figure 6 qui montre les positions relaw tives des clapets d'admission 38 et de surpression 46. Le fonctionnement du ressort pneumatique de soupape dtechapK pement décrit précédemment est le suivant Un compresseur d'air (non représenté) alimente la chambre 22 du ressort pneumatique d'échappement 14 par l'intermédiaire de la prise d'alimentation 36, de l'ouverture 34, du canal 32, du clapet d'admission 38 et du perçage 40. Un ressort taré (non représenté) exerce une pression de tarage pus sur la bille 39 du clapet d'admission 38. Comme l'indique la figure 8, l'air comprimé alimenté à une pression PA se trouve à l'intérieur de la chambre 22 à une pression minimale de tarage P = P + p) correspondant à la position de o A o fermeture complète de la soupape 5 au Point Mort Haut Du Point Mort Haut jusqu'au Point Mort Bas, la pression d'air P à lXinté- rieur de la chambre 22 croît de manière sensiblement adiabatique d'air du point A vers le point B. Coeme des fuites/se produisent pre A vers le point C. A la détente, la pression P décroît du point C vers le point D où la pression est inférieure à la pression initiale P . Le o clapet d'admission 38 permet alors de ramener la pression d'air au Point Mort Haut à la valeur initiale P o Des entrées d'huile se produisent malheureusement dans la chambre 22 du ressort pneumatique en cours de fonctionnement et risquent de perturber rapidement la compression et la détente de l'air comprimé. La figure 9 permet de comprendre comment ce problème est résolu au moyen du clapet de surpression Du Point Mort Haut jusqu'au Point Mort Bas, la pression P à l'intérieur de la chambre 22 croit de manière sensiblement adiabatique à partir de la valeur minimale P , du point A vers le point B.La pénétra o tion de l'huile augmente le taux de compression et fait décroître la pression P plus rapidement lors de la détente vers le Point Mort Haut, du point B vers le point C où la pression est inferieure à la pression initiale Po . Le clapet d'admission 38 ramène alors o la pression à la valeur P en A. Comme le taux de compression o augmente pregressivement, la pression P va croître plus rapidement du point A vers le point D et décroître plus rapidement du point D vers le point E. Lorsque la pression d'air P atteint, lors de la compression la valeur Pi correspondant à la pression de tarage du clapet de surpression 46, ce dernier s'ouvre et évacue l'huile de la chambre 22 par l'orifice 50, ce qul/traduit sur la figure 9 par le segment FG. La pression baisse ensuite du point G au point H pour revenir au point A et ainsi de suit. Comme il va de soi, l'invention ne se limite nullement au mode d'application et de réalisation qui a été plus particulièrement envisagé ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes tel qu'un système de rappel pneumatique de soupape intégré à la culasse du moteur à combustion interne. REVENDICATIONS. 1/ Système de rappel de soupape pour moteur à combustion interne, du type comprenant un piston (20) solidaire d'une tige de soupape (4? et coulissant dans un cylindre (16), caractérisé en ce que lesdits piston (20), tige de soupape (i) et cylindre (16) forment une chambre parfaitement étanche (22) qui renferme un fluide compressible se trouvant à une pression minimale de tarage prédéterminée (P ) correspondant à la position de fermeture complète de la soupape. 2/-Système de rappel de soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce que des moyens (32 - 44) sont prévus pour alimenter ladite chambre (22) en fluide compressible et y maintenir une pression (P) supérieure ou égale à la pression de tarage (P ), 3/ Système de rappel de soupape selon la revendication 2, caractérisé en ce que des moyens (46-50) sont prévus pour maintenir à l'intérieur de ladite chambre (22), une pression (P) inférieure ou égale à une pression maximale prédéterminée (P1) correspondant à la position d'ouverture complète de la soupape. 4/ Système de rappel de soupape selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens (32-44) sont constitués par un canal d'alimentation (32, 34, 40, 44) débouchant dans le fond de ladite chambre (22) et sur lequel est placé un clapet anti-retour d'admission (38) à valeur de tarage (p) prédéterminée. 5/ Système de rappel de soupape selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens (46-50) sont constitués par un clapet de surpression (46) à valeur de tarage (P1) déterminée qui communique avec l'atmosphère et avec ladite chambre (22) au point le plus bas de celle-ci 6/ Système de rappel de soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étanchéité de la chambre (22) est assurée au moyen de joints d'étanchéité (24, 26, 28) fabriqués en une matière synthétique à résistance élevée contre le frottement, l'usure et les hautes températures