Brevet FR2570123A1 — publié le 19860314

La présente invention a pour objet un dispositif de commande d'une soupape à tige pour moteur à combustion interne, du type comprenant une came rotative portée par un arbre du moteur et propre à pousser, à l'encontre d'un ressort de rappel et dans une direction sensiblement perpendiculaire à l'arbre, 1 extrémité de la tige de la soupape, soit directement soit par l'intermédiaire d'une pièce telle qu'un culbuteur, un poussoir coulissant ou un simple embout. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de ce type qui assure une commande variable et qui comprend en outre à cet effet un doigt profilé interposé entre la came et la tige de soupape et monté oscillant autour d'un axe parallèle à l'ar- bre, ce doigt étant de plus mobile dans une direction sensiblement perpendiculaire à l'arbre et à la direction du déplacement de la soupape. La came rotative présente une périphérie circulaire primitive d'où saille un lobe et le doigt posséde deux faces opposées qui coopèrent respectivement avec la came et avec la tige de soupape. La rotation de la came provoque, lorsque le lobe est on contact avec le doigt, un basculement de celui-ci, donc un déplacement de la tige, d'où résulte une levée de la soupape sur son siège, donc une ouverture du conduit obturable par la soupape. La loi d'ouverture de ce conduit en fonction de la rotation de la came dépend de la position transversale du doigt et de son profil, c'est-à-dire de la forme des deux faces opposées. Il est ainsi connu de faire varier l'amplitude de la levée de la soupape et les moments d'ouverture et/ou de fermeture du conduit en déplaçant transversalement le doigt en réponse à un paramètre de fonctionnement du moteur, telle que sa vitesse de rotation ou sa charge. On sait en effet qu'il est souhaitable quand la vitesse et la charge du moteur augmentent, d'une part d'accroitre l'amplitude de la levée de soupape, d autre part d'avancer légèrement 1 ouverture et de retarder notablement la fermeture s'il s'agit d'une soupape d'admission, ou bien d'avancer notablement 1 ouverture et de retarder légèrement la fermeture s'il s'agit d'une soupape d'échappement. Pour obtenir plusieurs de ces résultats, il est connu d'adjoindre au doigt diverses pièces mobiles, éléments de guidage ou autres mécanismes compliqués assurant un déplacement transversal du doigt en synchronisme avec la rotation de la came. Par ailleurs, les profils des deux faces du doigt n'étant pas parallèles sur toutes leurs surfaces utiles afin de constituer une entretoise d'épaisseur variable, il n'est pas possible de maintenir dans tous les cas d'utilisation du moteur un même faible jeu souhaitable de fonctionnement, quand la soupape est en position de - fermeture, entre les pièces reliant la came à la soupape. à moins d'y interposer un moyen onéreux et encombrant de rattrapage automatique du jeu. L'invention a pour but de réaliser un dispositif relativement simple de commande d'une soupape à tige de moteur à combustion interne, permettant de faire varier la loi de levée de la soupape, en fonction de la vitesse du moteur, non seulement en amplitude. mais aussi en moments d'ouverture et de fermeture tout en assurant, quand la soupape est fermée, un jeu de fonctionnement faible et constant. L'invention vise un dispositif du type ci-dessus, dans lequel la première face du doigt coopérant avec la tige de soupape, est rectiligne et sensiblement perpendiculaire à la direction du depla cement de la soupape, tandis que sa seconde face tournée vers la came, comporte une portion inclinée s'éloignant de la première face en s'approchant de l'axe d'oscillation. Conformément à l'invention, la deuxième face présente vers l'extrémité libre du doigt une portion rectiligne parallèle à la première face, et une portion courbe à concavité tournée vers la came reliant la portion rectiligne à la portion inclinée, et des moyens sont prévus pour placer l'axe du doigt alternativement à basse vitesse du moteur dans une première position ou la came coopère uniquement avec la portion rectiligne, et à vitesse élevée du moteur dans une deuxième position plus rapprochée de la tige de soupape, où la. came coopère avec successivement les trois portions de la deuxième face tantôt par sa périphérie circulaire primitive, tantôt par son lobe. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention - les moyens précités comprennent un bras de support de l'axe d'oscillation du doigt et qui est solidaire d'un arbre de commande parallèle à l'axe d'oscillation du doigt et plus proche que cet axe du plan diamétral de la came parallèle à la direction du déplacement de la soupape;; - l'arbre de commande est solidaire d'un levier coopérant d'une part avec un verin agencé dans un palier de support de l'arbre de la came et de l'arbre de commande, et d'autre part avec un ressort de rappel du doigt dans ladite première position, le vérin étant, à vitesse élevée du moteur, alimenté en fluide sous une pression suffisante pour faire pivoter l'arbre de commande à l'encontre de la force antagoniste du ressort de rappel, de manière à placer et à maintenir le doigt dans ladite deuxième position; - le rayon de courbure de la portion courbe du doigt est sensiblement égal à celui de la périphérie circulaire de la came. Deux exemples de réalisation d'un dispositif de commande selon l'invention seront décrits ci-apres en référence aux dessins annexés selon lesquels - la Figure 1 est une vue en élevation à grande echelle du doigt du dispositif de commande selon l'invention, ainsi que de la came et de la tige de soupape associées et d'un organe de commande du doigt, ces pièces étant représentées dans leurs positions respectives lorsque la vitesse du moteur est faible; - la Figure 2 est une vue analogue à la Figure 1 montrant les pièces du dispositif dans leurs positions respectives lorsque la vitesse du moteur est élevée; ; - la Figure 3 est une vue en élévation et coupe partielle suivant aligne ItI-III de la Figure 4 d'une culasse d'un moteur équipé du dispositif de commande suivant un premier mode de réalisation; - la Figure 4 est une vue de dessus du dispositif de la Figure 3, dont le couvercle a été retiré; - la Figure 5 est une vue en élévation et coupe partielle suivant la ligne V-V de la Figure 6 d'une culasse d'un moteur équipé du dispositif de commande suivant un second mode de réalisation. En se reportant à la Figure 1, on voit les pièces essentielles d'un dispositif de commande variable d'une soupape à tige 1 pour un moteur à combustion interne, ce dispositif comprenant une came rotative 2a portée par un arbre à cames 2 du moteur et propre à pousser, à l'encontre d'un ressort de rappel et dans une direction perpendiculaire à cet arbre, l'extrémité de la tige 1 de la soupape, ainsi qu'un doigt 3 profilé interposé entre la came 2a et la tige 1. Le doigt 3 est monté oscillant autour d'un axe 4 parallèle à l'arbre 2 de la came 2a, et de plus mobile dans une direction sensiblement perpendiculaire à l'arbre à cames 2 et à la direction du déplacement de la soupape, le doigt 3 pouvant donc dans se déplacer dans le plan de la Figure 1 perpendiculairement à la tige 1. La came rotative 2a présente une périphérie circulaire primitive, représentée en traits interrompus, d'où saille un lobe 10.Le doigt 3 possède deux faces opposées 5, 6 qui coopèrent respectivement avec la tige 1 de soupape et avec la came 2a : la première face 5, coopérant avec la tige 1 de soupape, est rectiligne et sensiblement perpendiculaire à la direction du déplacement de la soupape l'axe d'oscillation t. La première face 5 est en contact avec un embout E fixé à l'extrémité de la tige de soupape 1. Suivant l'invention, la deuxième face 6 du doigt 3 présente, vers l'extrémité libre de ce dernier, une portion rectiligne 8 parallèle à la première face 5, et une portion courbe 9 à concavité tournée vers la came 2a reliant la portion rectiligne 8 à la portion inclinée 7. Le rayon de courbure r de la portion courbe 9 est sensiblement égal au rayon rî de la periphérie circulaire primitive de la came 2a. Par ailleurs, l'invention prévoit des moyens pour placer l'axe 4 d'oscillation du doigt 3 alternativement à basse vitesse du moteur dans une première position, représentée à la Figure 1, où la came 2a coopère uniquement avec la portion rectiligne 8, et à vitesse élevée du moteur dans une deuxième position plus rapprochée de la tige 1 de soupape, représentée à la Figure 2, où la came 2a coopère avec successivement les trois portions 8, 9, 7 de la deuxième face 6, tan tot par sa périphérie circulaire primitive, tantôt par son lobe 10.Ces moyens comprennent, dans la realisation décrite, un bras 11 de support de l'axe d'oscillation 4 et qui est solidaire d'un arbre de commande 12 parallèle à l'axe d'oscillation 4 et plus proche que cet axe 4 du plan diamétral P passant par l'axe géométrique de l'arbre à came 2 et parallèle à la direction de déplacement de la soupape. Dans le cas présent, ce plan P passe aussi par l'axe de la tige de soupape 1, mais il pourrait aussi bien en être écarté, comme on le verra ci-après dans la description du mode de réalisation de la Figure 5. Il en résulte Sue, lorsque le bras 11 passe de la première position (Figure 1) à la seconde position (Figure 2) correspondant respectivement aux basses et aux hautes vitesses de rotation du moteur, l'axe 4 s'abaisse légèrement comme indiqué par la flèche f sur la Figure 2. Par suite, l'inclinaison du doigt 3 par rapport à un plan horizontal H de référence passe d'une valeur i à basse vitesse à une valeur inférieure i à haute vitesse quand la came 2a coopère par sa péripherie circulaire primitive avec le doigt (représenté en traits interrompus 3a), donc quand la soupape est fermée. Il en découle un léger accroissement de l'avance à l'ouverture, l'arbre à cames 2 tournant dans le sens S anti-horaire. Quand la vitesse du moteur est faible (Figure I 1), , le doigt 3 coopère avec la came 2a uniquement par la portion rectiligne 8, car la portion courbe 9 et la portion inclinée 7 sont maintenues suffisamment écartées du plan P pour ne pas hêtre touchées par le lobe 10 pendant la rotation de la came 2a. Il en résulte une levée l de soupape relativement faible, et les angles de came rapportés au plan de référence H et correspondant respectivement au début de l'ouverture, à l'ouverture maximale -et à la fermeture de la soupape, sont içi Ao, Am et Af. Quand la vitesse du moteur dépasse un seuil déterminé (Figure 2), l'axe 4 est rapproche du plan P de telle manière que la portion courbe 9 du doigt 3 soit juxtaposée à la périphérie circulaire primitive de la came 2a quand le lobe 10 n'est pas au contact du doigt 3 tracé du doigt 3 an traits interrompus 3a), donc quand la soupape est fermée, Les rayons r et ri étant sensiblement égaux, la portion courbe 9 est alors pratiquement concentrique à l'arbre à came 2, et la périphérie circulaire de la came 2a est tangente à la portion rectiligne 9.Il s'ensuit que le jeu de fonctionnement i existant à basse vitesse quand la soupape est fermée, entre le doigt 3 et l'embout E ou la came 2a, est pratiquement inchangé à haute vitesse, Lorsque la came 2a tourne. le lobe 10 entre en contact successivement avec les portions 8, 9, 7 de la face 6, d'où résultent des angles de came A'o, A'm et A'f, par rapport au plan H, correspondant respectivement à l'ouverture, à la levée maximale de la soupape, et à la fermeture. Le sens de rotation S de l'arbre à cames 2 porté sur la Figure 2 correspond à une soupape d'admission, ce sens de rotation étant inversé dans le cas d'une soupape d'échappement. A'o est légèrement inférieur à Ao, c'est-àdire que l'avance à l'ouverture est légèrement accrue, pour les raisons mentionnées précédemment au sujet de l'inclinaison i du doigt 3. A'm et A'f sont respectivement notablement supérieurs à Am et Af grâce à l'inclinaison de la portion 7. Celle-ci est représentée sensiblement rectiligne, mais en variante, pour réduire la décélération de la soupape quand elle se ferme, cette portion 7 peut comporter avantageusement à son extrémité opposée à la portion 9, une partie bombée à convexité tournée vers la came 2a. Dans la position correspondant à l'angle A'm (en traits pleins à la Figure 2l, la levée maximale 1' de la soupape est notablement supérieure à 1, puisque la poussée du lobe 10 sur le doigt 3 s'effectue à cet instant suivant un plan diametral D perpendiculaire à la surface de la portion 7, ce plan étant notablement plus proche de l'axe 4 que le plan P correspondant à l'angle Am. Le lobe 10 agissant donc sur le doigt 3, au moment de la levée maximale, suivant un bras de levier L' à haute vitesse plus petit que L à basse vitesse, le basculement du doigt 3 est plus important à haute vitesse, ainsi que par conséquent la levée maximale l' de la soupape, Dans le cas d'une soupape d'échappement, le sens de rotation S de la came 2a, ou bien la position de l'axe 4 d'oscillation du doigt 3 par rapport à la came 2a, -est inversé. De ce fait, aux-angles Ao, Am et Af ou A'o, A'm et A'f, correspondent respectivement un moment de fermeture légèrement retardé à haute vitesse et des moments de levée maximales et de début d'ouverture notablement avancés à haute vitesse. On décrira maintenant deux exemples de mise en oeuvre du dispositif de commande variable qui vient d être décrit, en se réformant aux Figures 3 à 6. On voit aux Figures 3 et 4 une première application du dispositif de commande selon l'invention: dans une culasse 13 d'un moteur à combustion interne, coiffée par un couvre-culasse 14, sont formées des chambres de combustion 13a du moteur, dont chacune communique avec un conduit d'admission 15 et un conduit d'échappement 14. A chaque chambre de combustion 13a sont associées deux soupapes d'échappement 16 et deux soupapes d'admission 17 symétriquement disposées de part et d'autre d'un puits de bougie central 18. Les soupapes d échappement 16 sont entraînées par un arbre à cames 19, avec interposition de doigts oscillents 21, et les soupapes d'admission 17 sont an- trainees par un arbre à cames 2 (en considérant donc que cet arbre 2 est le même que celui illustre aux Figures 1 et 2), avec interposition de doigts oscillants 3 (identiques aux doigts 21). Chaque doigt 3, 21 s articule sur un axe respectif 4, 22, porté par un bras 11, 23 solidaire d un arbre de commande 92, 24 correspondant. Tous ces axes 4, 22 et arbres 2, 19, 12, 24 sont parallèles entre eux, les arbres 2, 19 étant portés par des cloisons 25 de la culasse 13 et maintenus par des demi-paliers 26, 26a fixés sur ces cloisons 25 par des vis 27. Les arbres 12, 24 sont portés par ces demipaliers 26, 26a, et maintenus par des demi-paliers supérieurs 28, 28a fixés par des vis 29. La culasse 13 est fixée sur un bloc-cylindres non représenté par des vis 31 qui traversent les demi-paliers 26, 26a par des ouvertures 32. Deux leviers 33, 34 respectivement solidaires de l'un des deux arbres de commande 12, 24, sont chacun en contact d'un côté avec un piston d'un vérin 35, 36 agencé dans une proéminence de l'un 26 des demi-paliers. et de l'autre côté avec un ressort hélicoïdal 37, 38 maintenu comprimé en appui sur une saillie 39 agencee sur l'un 28 des demi-paliers supérieurs. Dans la disposition représentée, les deux vérins 35, 36 et les deux ressorts 37, 38 sont alignés transversalement aux arbres 2, 19 et 12, 24. En variante, les deux vérins 35, 36 peuvent etre, avec les leviers associés 33, 34, disposés dans des plans transversaux distincts situés de part et d'autre d'une des cloisons 25.Ils peuvent aussi etre aménagés dans des demi-paliers 26, 26a distincts et les ressorts 37, 38 peuvent être remplacés par des ressorts de traction accrochés à d'autres leviers également solidaires de l'arbre correspondant 12, 24. Chaque vérin 3S, 36 est alimenté en liquide de façon non représentée, soit par l'intermédiaire d'une vanne tout ou rien faisant communiquer le vérin avec une source de liquide sous pression seulement lorsque la vitesse de rotation du moteur depasse le seuil déterminé, soit directement par le circuit de lubrification du moteur, dans lequel la pression de liquide s'accroit avant de se stabiliser à une valeur limite, quand la vitesse de rotation du moteur aug -mente.Les dimensions des leviers 33, 34 et des vérins 35, 36 sont prévues, ainsi que les caractéristiques des ressorts 37, 38 pour que la pression du liquide alimentant chaque vérin 35, 36 soit suffisante, à partir du seuil de vitesse déterminé. pour faire pivoter l'arbre de commande associé 12, 24 de manière à placer et à maintenir les doigts oscillants correspondants 3, 21 en position haute vitesse telle qu'illustré à la Figure 2. Le seuil de vitesse concernant les soupapes d'admission 17 peut être le méme que celui concernant les soupapes d'échappement 16 ou en etre différent. Un ressort de rappel 42 41 pousse chaque soupape 16, 17 au moyen d'une coupelle d'appui 43, 44, en tendant à appliquer sa tête 46, 45 sur un siège 47, de manière à obturer le conduit respectif 14 d'échappement ou d'admission 15. Dans le second mode de mise en oeuvre de l'invention, illustré aux Figures 5 et 6, on voit un arbre à cames 48 propre à actionner trois soupapes à tige associées à une même chambre de combustion du moteur : deux soupapes d'admission 49 actionnes chacune par l'intermédiaire d'un doigt oscillant 51, et une soupape d'échappement 52 actionnée par l'interne diaire d'un levier basculant classique 53. La tête 49a, 52a de chaque soupape est appliquée par le ressort associé 42 sur un siège 47 de manière à obturer un conduit 20 d'admission ou 30 d'échappement. Chaque doigt 51 oscille autour d'un axe 54 parallèle à l'arbre 48 et porté par un bras 55 solilidaire d'un arbre de commande 56 également parallèle à l'arbre 48. Les arbres 48 et 56 sont portés par plusieurs cloisons 57 de la culasse 13 et maintenus par des demi-paliers 58 fixés à la culasse 13 par des vis 59. D'autres vis 61, engagées dans des puits 62 de chaque cloison 57 et/ou traversant les demi-paliers 58 par une ouverture 63, assurent la fixation de la culasse 13 sur un bloc-cylindres non représenté. Le pivotement de l'arbre de commande 56 est assuré par un moyen de réglage non représenté, qui peut être analogue à celui (34, 36, 38) de la première réalisation décrite ci-dessus, ou comporter un organe d'actionnement, notamment électrique, changeant d'état ou de position pour un seuil de vitesse déterminé. On notera que les soupapes d'échappement 52 de cette réalisation pourraient également etre munies du dispositif de commande selon l'invention. En outre, celui-ci peut également être monté sur un moteur à deux soupapes par cylindre, soit sur l'une ou l'autre des soupapes soit sur les deux. D'une manière générale. pour la commande d'une soupape d'admission, le doigt (3, 51 > est orienté de façon à ce que la périphérie de la came 2a, 10 se déplace sur le doigt de la portion rectiligne 8 vers la portion inclinée 7. Inversement, pour la commande d'une soupape d'échappement (16, 52), 52), le doigt 21 est orienté de façon à ce que la périphérie de la came se déplace de la portion inclinée 7 vers la portion rectiligne8. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de commande variable d'une soupape à tige pour moteur à combustion interne, du type comprenant: une came rotative (2a) portée par un arbre (2, 19. 48) du moteur et propre à pousser, à l'encontre d'un ressort de rappel et dans une direction sensiblement perpendiculaire à l'arbre (2, 19, 48), l'extrémité de la tige (1) de la soupape, un doigt profilé (3, 21, 51) interposé entre la came (2a) et la tige (1) de soupape et monté oscillant autour d'un axe (4, 22, 54) parallèle à l'arbre (2, 19, 48), ce doigt étant de plus mobile dans une direction sensiblement perpendiculaire à l'arbre (2, 19, 48) et à la direction du déplacement de la soupape, la came rotative (2a) présentant une périphérie circulaire primitive d'où saille un lobe (10) et le doigt (3, 21, 51) possédant deux faces opposées (5, 6 > qui coopèrent respectivement avec la tige (1) de soupape et la came (2a) et dont la première face Q5), coopérant avec la tige (1) de soupape, est rectiligne et sensiblement perpendiculaire à la direction du déplacement de la soupape, tandis que sa seconde face (6), tournée vers la came (2a), comporte une portion inclinée (7 > s'éloignant de la première face (5) en s'approchant de l'axe d'oscillation (4), caractérisé en ce que la deuxième face (6) présente vers l'extrémité libre du doigt (3) une portion rectiligne (8) parallèle à la première face (5) et une portion courbe (9) à concavité tournée vers la came (2a) reliant la portion rectiligne (8) à la portion inclinée (7), et des moyens sont prévus pour placer l'axe (4) du doigt (3) alternativement à basse vitesse du moteur dans une première position où la came (2a) coopere uniquement avec la portion rectiLigne (8X, et à vitesse élevée du moteur dans une deuxième position plus rapprochée de la tige (1) de soupape, où la came (2a) coopère avec successivement les trois portions (8, 9, 7) de la deuxième face (6) tantôt par sa périphérie circulaire primitive, tantôt par son lobe (10). 2 - Dispositif selon la revendication 1. caracterisé en ce que les moyens précités comprennent un bras (11, 23, 55) de support de l'axe (4, 22, 54) d'oscillation du doigt (3. 21, 51) et qui est solidaire d'un arbre de commande (12, 24, 56) parallèle à l'axe d'oscillation (4, 22, 54) du doigt et plus proche que cet axe du plan diamétral (P) de la came (2a) parallele à la direction du déplacement (F) de la soupape. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'arbre de commande (12, 24, 56) est solidaire d'un levier (33, 34) coopérant d'une part avec un verin (35, 36) agence dans un palier (26) de support de l'arbre (2, 19, 48) de la came (2a) et de l'arbre de commande (12, 24, 56), d'autre part avec un ressort de rappel (37, 38) du doigt (3, 21, 51) dans ladite première position, le vérin (35, 36) étant, à vitesse élevée du moteur alimenté en fluide sous une pression suffisante pour faire pivoter l'arbre de commande (12, 24, 56) à l'encontre de la force antagoniste du ressort de rappel (37, 38), de maniere à placer et à maintenir le doigt (3, 21, 51) dans ladite deuxième position. 4 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le rayon de courbure (r) de la portion courbe (9) du doigt (3) est sensiblement égal à celui (rl) de la périphériecirculaire de la came (2a). 5 - Dispositif selon l'une des revendica tions 1 à 3, caractérisé en ce que, pour la commande d une soupape d'admission (17, 49), le doigt 13, 51) est orienté de façon à ce que la périphérie de la came se déplace de la portion rectiligne (7). 6 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à , caractérisé en ce que, pour la commande d'une soupape d'échappement (16, 52), le doigt (21) est orienté de façon à ce que la périphérie de la came se déplace de la portion inclinée (7) vers la portion rectiligne t8). 7 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la portion inclinée (7) comporte, à son extrémité opposée à la portion courbe (9), une partie bombee à convexité tournée vers la came i2a).