Brevet FR2554868A1 — publié le 19850517

L'invention se rapporte à un procédé d'entrainement en rotation des soupapes d'échappement des moteurs à combustion interne. Elle se rapporte également aux moyens pour la mise en oeuvre de ce procédé et au moteur à combustion interne comprenant de tels moyens. Les moteurs à combustion interne comprennent dans leur culasse des sièges pour des soupapes d'admission et d'échappement qui sont rappelées sur leur siège par de forts ressorts et commandées en ouverture par l'intermédiaire de culbuteurs dont les tiges suivent les chemins de cames calées sur un arbre tournant en synchronisme avec l'arbre moteur et imprimant des mouvements généralement décalés aux soupapes d'admission et d'échappement appariées pour desservir un même cylindre ou des cylindres ayant des cycles identiques. Si on peut ajuster la composition et la température du mélange qui s'écoule par les soupapes d'admission, il n'en est pas de même des gaz issus de la combustion qui s'écoulent par les soupapes d'échappement et qui pourtant sont à très haute température. Selon leur orientation par rapport à la chambre de combustion, les soupapes d'échappement présentent toujours un point qui est plus exposé que les autres à cette très haute température. Afin d'éviter de toujours surchauffer le même point de la soupape, il est connu de modifier l'orientation de la soupape par une rotation autour de son axe. Le seul procédé connu à ce jour pour entraîner en rotation la soupape d'échappement sans le concours d'un moteur supplémentaire consiste à transformer en mouvement de rotation le propre mouvement de translation de la soupape d'échappement pendant qu'elle s'ouvre et/ou qu'elle se referme. On connaît de nombreux moyens en vue de la mise en oeuvre de ce procédé (FR-A-2.066.061 , 2.308.839 , 2.367.910 et 2.488.328). L'un de ces moyens comprend (FR-A-2.367.910) un levier dont les extrémités s'articulent autour de rotules solidaires, l'une, du carter moteur et, l1 autre, d'une bague qui est concentrique à la tige de la soupape d'échappement à laquelle elle est reliée par un accouplement à roue libre. En réponse au mouvement de translation de la tige de la soupape d'échappement, le levier oscille autour de l'axe de la rotule solidaire du carter et, de ce fait, son autre extrémité suit une courbe dont la flèche se traduit pour la bague par un mouvement alternatif de rotation dont l'accouplement ne retransmet à la tige de la soupape d'échappement qu'un seul des sens de rotation, à savoir celui qui correspond au déplacement de la tige dans le sens de la fermeture de la soupape d'échappement. Les autres moyens comprennent généralement des dispositifs assez complexés, avec des billes circulant dans des rampes ou exploitant soit la torsion du ressort de rappel, soit la variation de la force de rappel des ressorts, etc... Quelle que soit leur complexité, ce procédé et ces moyens entraînent en rotation la soupape d'échappement et Ont ainsi l'avantage d'égaliser sa température ce qui atténue donc les effets nocifs de la très haute température. Toutefois, outre à une très haute température, les soupapes d'échappement sont aussi exposées et ce de plus en plus intensément aux dépôts de résidus de la combustion du fait notamment que les moteurs brulent des combustibles de moins en moins raffinés et donc chargés de corps incombustibles en variété et quantité grandissante et notamment de calcium, de vanadium, de sodium etc... Si on laisse les dépôts des échappements successifs s'accumuler - d'une part, cela réduira les possibilités d'échanges thermiques entre la culasse et les soupapes via leur siège, ce qui entraînera une élévation de température des soupapes qui en seront fragilisées, - d'autre part, le dépôt pourra se briser partiellement et créer une fuite de gaz qui, étant environ à une pression de cent trente bar et à une température de deux mille degrés celsius brûlera la soupape. Dans ce cas, l'arrêt du moteur pour réparation devient inévitable avec les inconvénients que cela présente. Un résultat que l'invention vise à obtenir est un procédé d'entraînement en rotation des soupapes d'échappement qui en plus de l'égalisation de la température évite l'accumulation de résidus de la combustion. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé du type cité plus haut notamment caractérisé encre que, d'une part, on détermine pour les cames des soupapes d'admission et d'échappement qui sont appariées des profils respectifs tels qu'au moment de l'arrivée de la soupape d'échappement en position de fermeture la soupape d'admission ait au moins encore une certaine course à effectuer avant de parvenir en position d'ouverture totale et, d'autre part, en ce qu'on transforme en mouvement de rotation de la soupapé d'échappement non pas lé mouvement de translation de cette soupape d'échappement mais celui de la soupape d'admission et ce pendant son ouverturé afin que, par la poursuite de son ouverture après fermeture de la soupape d'échappement, on commande encore la rotation de la dite soupape d'échappement après sa fermeture et on crée une friction des surfaces éliminant le dépôt tendant à se former. Elle a également pour objet les moyens en vue de mise en oeuvre de ce procédé ainsi que lé moteur pourvu de tels moyens. L'invention sera bien comprise à l'aide de la description ci-après faite à titre d'exemple non limitatif, en regard du dessin ci-annexé qui représente schématiquement - figure 1 : un moteur à combustion interne, - figure 2 : les courbes des ouvertures des soupapes appariées, - figure 3 : une soupape et ses moyens de commande en rotation, - figure 4 : une variante de réalisation des moyens de commande en rotation, - figure 5 : une coupe selon l'axe dé la tige de soupape, - figuré 6 : une coupe selon VI-VI de la figure 5. Les moteurs à combustion interne 1 comprennent dans leur culasse 2 des sièges 3 et 4 pour des soupapes d'admission 5 et d'échappement 6. Ces soupapes sont rappelées vers leurs sièges 3 ou 4 par des forts ressorts 7 ou 8. Elles sont commandées en ouverture par des culbuteurs d'admission 9 et d'échappement 10 pilotés chacun par une tige de culbuteurs 11 suivant le chemin 12 d'une des cames 13 d'admission ou d'échappement. Les tiges 15, 16 des soupapes 5, 6 sont engagées dans des douilles de guidage 17, 18, quant à elles fixées en translation dans la culasse. Pour jouer leur rôle de rappel, les ressorts 7, 8 sont intercalés entre une coupelle supérieure 19, 20 montée sur l'extrémité de la tige 15, 16 de chacune des soupapes 5, 6 et le dessus de la culasse 2 ou d'une coupelle inférieure 21 fixée en translation par rapport à la douille 17 ou 18. Généralement les soupapes d'admission et d'échappement appariéés-pour desservir un même cylindre ou des cylindres ayant des cycles identiques ont des mouvements décalés de sorte que lorsque la soupape d'échappemant est arrivée en position de formeture F la soupape d'admission est également déjà arrivéè en position d'ouvérturé O ainsi qué lé montrent les courbés 25, 26 des levées des soupapés d'échappement (courbe 25) et d'admission (courbe 26). Sélon une caractéristique essentielle du procédé, selon l'invention - d'une part on déterminé pour les cames d'admission et d'échappemént appariées des profils respectifs tels qu'au moment de l'arrivée de ra soupape d'échappement en position de fermeture F, la soupape d'admission a au moins encore une certaine course C à faire avant de parvenir en position d'ouverture totale O' et, - d'autre part, en ce qu'on transforme en mouvement de rotation de la soupape d'échappement non pas le mouvement de translation de la soupape d'échappement mais celui de la soupape d'admission et ce pendant son ouverturé afin que, par la poursuite de son ouverture après fermeture de la soupape d'échappement, on commande encore la rotation de la soupapé d'échappement après ferméture de celle-ci et ainsi on crée une friction des surfaces éliminant le dépôt tendant à se former. C'est ainsi qu'on atteint le double résultat dé l'égalisation de la températuré et de l'élimination des dépôts dangereux. Bien entendu, le mouvement de translation de la soupape d'admission peut être pris aussi bien soit directement sur la soupape d'admission, soit par l'intermédiaire de l'une des pièces commandant cette translation de la soupape d'admission que sont le culbuteur d'admission, la tige du culbuteur d'admission, la came d'admission ou même une pièce telle une came spéciale qui présenterait un chemin semblable à celui de la came d'admission. Les moyens en vue de la mise en oeuvre de ce procédé comprennent reliés entre eux un moyen 30 d'entraînement en rotation de la soupape d'échappement, un moyen de transmission 31 et un moyen 32 de prise de mouvement de translation de la soupape d'admission, par exemple sur le culbuteur d'admission 9. Dans une première forme de réalisation (figure 3), le moyen d'entraînement 30 est un dispositif hydraulique 35 de rotation qui agit sur la tige de soupape 16 de préférence via la coupelle inférieure 21 du ressort de rappel 8 et qui, par une conduite 36, est relié à une pompe hydraulique 37 dont le piston 38 est actionné par une patte 39 du culbuteur d'admission 9, laquelle patte 39 réalise ainsi le moyen de prise de mouvement 32. Le dispositif hydraulique de rotation peut par exemple être constitué soit par un moteur hydraulique à engrenages ou à palettes, soit par un piston agissant sur une oreille 41 d'une bague 42 (figure 5) concentrique à la tige 16 de la soupape d'échappement 6 qui reçoit donc un mouvement alternatif de rotation et qui est reliée à la soupape 6, et ce, de préférence, à la coupelle inférieure 21 du ressort de rappel 8 par un accouplement à roue libre 43 qui, par tout moyen connu, tel une friction, un encliquetage ou un coincement de billes ou galets, ne retransmet à la soupape le mouvement de la bague 42, que dans un seul sens de rotation et ce, bien entendu, pour ne pas ramener la soupape dans son orientation initiale. De préférence, une valve 44, tarée a une certaine pression, limite le couple de rotation appliqué aux soupapes. Dans le cas où la bague 42 agit sur la soupape d'échappe- ment via la coupelle inférieure 21, afin que le mouvement de rotation de cette coupelle inférieure 21 soit bien retransmis à la tige 16 de la soupape d'échappement 6, le ressort 8 pourra avanzageusement être immobilisé par rapport à ses faces d'appui elles celles des coupelles 20, 21 et ce, par exemple, à l'aide d'un collage ou de têtons. Dans le même but et/ou pour empêcher que par sa torsion le ressort 8 absorbe ou influe sur le mouvement de rotation de la soupape d'échappement, sur les faces d'appui du ressort 8 les coupelles pourront porter chacune au moins un doigt 45 ou 46 qui, à la manière des crabots d'un embrayage à griffes, coopèrent entre eux pour lier en rotation les coupelles 20 et 21 sans bien entendu gêner pour autant leurs mouvements relatifs de translation. De plus, les coupelles supérieures 20 pourront être reliées en rotation aux tiges 16 de soupape par l'intermédiaire de goupilles 34. Dans une autre forme de réalisation, le moyen de prise de mouvement 32 est encore une patte 49 solidaire du culbuteur d'admission 9 et le moyen d'entraînement 30 est également une bague 42 du type précité mais dont l'oreille 41, au lieu d'être commandée par un piston hydraulique, est simplement reliée à la patte 49 par une tringle 50 réalisant alors le moyen de transmission 31. Dans le cas d'une telle commande par une tringle 50, l'accouplement à roue libre est monté dans un sens tel qu'il entraîne la soupape lorsque cette tringle travaille en traction. En effet, dans le cas contraire, compte tenu du couple résistant, la tringle pourrait subir un flambage absorbant la course de la patte plutôt que de pouser l'oreille 41 de la bague 42. Afin de limiter la contrainte de traction subie par la tringle, en un point de la transmission, un élément élastique 51 tel un ressort pourra avantageusement être intercalé afin d'arrêter la rotation au delà d'un certain effort de friction de la soupape d'échappement 6 sur son siège. Bien entendu, dans le cas où le moteur comprend plusieurs soupapes d'échappement 6, 6' suivant le même cycle de fonctionnement elles peuvent être accouplées, par exemple à l'aide d'une tringle 52 associée d'une part à une seconde patte 53 de la bague 42 commandée par le culbuteur 9 et d'autre part à l'oreille 41' de la bague 42' d'une autre soupape d'échappement 6' (figure 4). REVENDICATIONS 1. Procédé de commande en rotation des soupapes d'échappement (6, 6') d'un moteur à combustion interne (1) qui comprend dans sa culasse (2) des sièges (3, 4) pour des soupapes d'admission (5) et d'échappement (6, 6') qui sont rappelées vers leurs sièges (3 ou 4) par des forts ressorts (7 ou 8) et sont commandées en ouverture par des culbuteurs d'admission (9) ét d'échappement (10) pilotés chacun par une tige de culbutéurs (11) suivant le chemin (12) d'une des cames (13) d'admission ou d'échappement, dans lequel moteur - les soupapes (5, 6) ont leurs tiges (15, 16) qui sont engagées dans des douilles de guidage (17, 18), quant à elles fixées en translation dans la culasse, et ont leurs ressorts (7, 8) qui sont intercalés entre une coupelle supérieure (19, 20) montée sur l'extrémité de la tige (15, 16) de chacune des soupapes (5, 6) et le dessus de la culasse (2) ou d'une coupélle inférieure (21) fixéé en translation par rapport à la douille de guidage (17, 18), - les soupapes d'admission ét d'échappement appariées pour desservir un même cylindre ou des cylindres ayant des cycles identiques, ont des mouvements généralement décalés de sorte que lorsque la soupapé d'échappement est arrivée en position dé fermeture (F) la soupape d'admission est égalemént déjà arrivée en position d'ouverture (O), ce procédé étant CARACTERISE en cé que - d'une part, on déterminé pour les cames d'admission et d'échappement appariées des profils respectifs tels qu'au moment de l'arrivée de la soupape d'échappement én position de fermeture (F), la soupape d'admission a au moins encore une certaine course (C) à faire avant de parvenir en position d'ouverture totale (O') et, - d'autre part1 én ce qu'on transforme en mouvement de rotation de la soupape d'échappement non -pas le mouvement de translation de la soupape d'échappement mais celui de la soupape d'admission et ce pendant son ouverture afin que, par la poursuite de sa translation après fermeture de la soupape d'échappement, on commande encore ia rotation de la soupape d'échappement après sa fermeture et ainsi on crée une friction des surfaces éliminant le dépôt tendant à se former. 2. Moyens en vue de la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 caractérisés en ce qu'ils comprennent, reliés entre eux, un moyen (30) d'entraînement en rotation de la soupape d'échappement, un moyen de transmission (31) et un moyen (32) de prise du mouvement de translation de la soupape d'admission. 3. Moyens selon la revendication 2 caractérisé en ce que ie moyen (30) d'entraînement en rotation de la tige de la soupape d'échappement (6) est un dispositif hydraulique (35) qui, par une conduite (36), est relié à une pompe hydraulique (37) dont le piston (38) est actionné par une patte (39) de culbuteur d'admission (9). 4. Moyens selon la revendication 3 caractérisés en ce que le dispositif hydraulique de rotation est constitué par un piston agissant sur une oreille (41) d'une bague (42), concentrique à la tige (16) de la soupape d'échappement (6) et qui est reliée à la soupape (6) par un accouplement à roue libre (43). 5. Moyens selon la revendication 4 dont la bague (42) agit sur la soupape d'échappement via la coupelle inférieure (21) d'appui du ressort (8) caractérisés en ce que le ressort (8) est immobilisé par rapport à ses faces d'appui. 6. Moyens selon la revendication 4 caractérisés en ce que les coupelles supérieure (20) et inférieure (21) d'appui du ressort (8) portent chacune au moins un doigt (45 ou 46) liant en rotation les coupelles (20 et 21). 7. Moyens selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisés en ce que les coupelles supérieures (20) comportent un logement permettant la mise en place d'une goupille de liaison (34) avec la tige de soupape (16). 8. Moyens selon la revendication 2 caractérisés en ce que le moyen de prise de mouvement (32) est une patte (49) solidaire du culbuteur d'admission (9), et en ce que le moyen d'entraînement (30) est une bague (42) concentrique à la tige (vis, 16) de la soupape d'échappement et reliée à celle-ci par un accouplement à roue libre et enfin en ce que cette bague (42) copore une oreille (41) reliée à la patte (49) par une tringle (50). 9. Moyens selon la revendication 8 caractérisés en ce que l'accouplement à roue libre est monté dans un sens tel qu'il entraîne la soupape lorsque la tringle (50) travaille en traction. 10. Moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens selon l'une quelconque des revendications 2 à 9.