Brevet FR2569226A1 — publié le 19860221

La présente invention concerne un procédé de modification d'une loi de mouvement à laquelle est asservi un récepteur, et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Le récepteur en cause peut être une soupape de moteur à explosion et, dans la présente description, c'est à ce type de récepteur que l'on se réfèrera sans que cela ait un caractère limitatif. Dans la quasi-totalité des moteurs à quatre temps, la distribution est réalisée par des soupapes mises en mouvement par une came, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un culbuteur. C'est de la loi de levée ou d'ouverture des soupapes dont dépend en grande partie le bon fonctionnement du moteur. Elle doit donc être déterminée avec soin. Actuellement l'expérience joue un grand rôle dans la détermination des lois de levée de soupape, et les profils de cames qui optimisent les performances désirées sont sélectionnées par essais successifs. Ainsi, à l'heure actuelle, la technique la plus courante se déroule en plusieurs étapes la fixation des instants d'ouverture et de fermeture des soupapes d'admission et d'échappement qui semblent les mieux adaptés aux caractéristiques souhaitées, paramètres qui sont désignés ci-après par AOE (avance à l'ouverture de l'échappement), AOA (avance à l'ouverture de l'admission), RFA (retard à la fermeture de l'admission) et RFE (retard à la fermeture de l'échappement) le calcul du profil de came qui génère les caractéristiques déterminées lors de la première étape tout en limitant l'accélération à une valeur maximum assurant la bonne tenue des pièces constituant la distribution, l'usinage par rectification de l'arbre à cames à l'aide d'un gabarit de rectification, l'essai de performances. Pour ce faire, l'arbre à cames est monté sur un moteur en ordre de marche, sur lequel on procède à la mesure de grandeurs telles que le couple ou la consommation. Si le moteur présente effectivement les performances souhaitées, la cinquième étape est engagée, sinon il y a lieu de redéfinir les paramètres AOE, RFE, AOA, RFA et de recommencer le calcul, l'usinage et l'essai de performances. les essais d'endurance Si le moteur se comporte "convenablement" aux essais d'endurance, le profil des cames est retenu pour la fabrication série, sinon il y a lieu de redéfinir les paramètres AOE, RFE, AOA, RFA et de recommencer la succession d'étapes depuis le début. Cette méthode de détermination des lois de levée de soupape présente de nombreux inconvénients * d'une part, elle est lourde, lente et coûteuse En effet, elle impose l'usinage d'un certain nombre de profils de came testés successivement, chaque essai nécessitant un usinage long de l'arbre à cames à partir d'un gabarit de rectification ; un passage en métrologie pour contrôler cet usinage un montage et un calage de l'arbre à cames sur le moteur une occupation longue de la cabine d'essais-mo teur ; * d'autre part, elle est imprécise Les remontages successifs et des variations des conditions dans lesquelles se déroulent les essais (changement de moteur, variation de la température ....) .. ) vont à 1 ' encontre de la condition de base de toute mesure scientifique rigoureuse qui voudrait que les comparaisons soient effectuées "toute chose égale par ailleurs" : ce qui entraîne ainsi des doutes quant à l'exactitude des mesures effectuées. Dans ces conditions, il serait tout à fait souhaitable d'apporter un dispositif capable d'asservir les soupapes à une loi choisie par l'opérateur et aisément modifiable par des règlages simples et rapides. L'utilisation dlun tel dispositif sur l'ensemble des soupapes d'un moteur permettrait l'optimisation rapide des lois de distribution et le choix à coup sûr des profils de came correspondant à la caractéristique moteur souhaitée. Le dispositif devrait être capable d'asservir les soupapes à toute loi de levée susceptible d'être testée et, à cette fin, il devait permettre les règlages des paramètres suivants l'amplitude de la levée l'instant d'ouverture l'instant de fermeture la loi de levée entre ces extrêmes. Ces buts sont atteints par l'invention en ce sens qu'elle propose de transmettre une loi de mouvement au récepteur -dans l'exemple choisi, la soupape- au moyen d'une came ayant un profil donné et à moduler la vitesse de rotation de ladite came. En effet, si au lieu de faire tourner la came à vitesse constante, on l'accélère ou on la ralentit sur certaines parties de sa rotation, le mouvement résultant en sortie va être modifié, et donc, la loi d'asservissement, par exemple une loi de levée de soupape, va être changée. Ainsi, le dispositif selon l'invention comprend des moyens d'entrainement en rotation, à vitesse modulable, dits "moyens modulateurs" et un arbre soumis auxdits moyens modulateurs et dont dépend une came ayant un profil donné exerçant son action sur ledit récepteur. Plusieurs moyens modulateurs peuvent être associés en série avec un déphasage quelconque entre eux et leur association peut être telle que l'arbre leur fournissant la vitesse de rotation constante à partir d'un moteur reste fixe par rapport audit moteur ou au bâti renfermant ltensemble. Les moyens modulateurs peuvent être, par exemple, un moteur électrique à vitesse variable soumis à un système de commande et d'asservissement électronique, ou mieux un dispositif mécanique qui reçoit, en entrée, une vitesse de rotation constante et restitue, en sortie, une vitesse modulée de période quelconque. Un tel dispositif mécanique peut être, par exemple, un différentiel ou un cardan. La solution que l'on préfère est celle du cardan dont on utilise la propriété de non homocinétisme : en jouant sur l'angle a de désalignement entre les arbres du cardan, on modifie la loi d'asservissement. On peut utiliser un seul cardan ou deux cardans montés en série et orientés de telle sorte que les arbres du segment intermédiaire soient orthogonaux entre eux. Si on les disposait dans le même plan, on retomberait sur le double joint de cardan bien connu des mécaniciens et qui donne une transmission homocinétique alors que, selon l'invention, on recherche précisément à obtenir une transmission non-homocinétique Le ou les cardans peuvent être combinés avec d'autres dispositifs mécaniques simples susceptibles d'introduire d'autres modifications dans la loi d'asservissement. Ces autres dispositifs mécaniques sont, d'une part, des organes de décalage angulaire montés en amont et/ou en aval du cardan et, d'autre part, un bras de levier variable, ou culbuteur, . interposé entre la came et le récepteur ou soupape. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description ci-après faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est un schéma simplifié illustrant le principe de l'invention - la figure 2 est une vue schématique de détail montrant un dispositif de décalage angulaire et une fourche de cardan - la figure 3 est une graphique montrant l'influence de l'angle a formé entre les arbres du cardan sur la levée de soupape tracée en fonction de l'angle moteur e - la figure 4 est un graphique montrant l'influence du décalage angulaire 61 introduit en amont du cardan sur la levée de soupape tracée en fonction de l'angle moteur e - la figure 5 est un graphique montrant l'influence du décalage angulaire 6 2 introduit en aval du cardan sur la levée de soupape tracée en fonction de l'angle moteur e - la figure 6 est une représentation schématique du culbuteur à bras de levier variable, - la figure 7 est un graphique montrant l'influence de la longueur du bras de levier sur la levée L de la soupape en fonction de l'angle moteur e , et - la figure 8 est un graphique montrant diverses courbes de levée L de soupapes en fonction de l'angle moteur e pour diverses combinaisons de l'angle a et du bras de levier, et - la figure 9 est un schéma d'ensemble du dispositif selon l'invention. Si l'on se réfère à la figure 1 on voit une soupape 1 sur la tige 2 de laquelle s'exerce une came 3, un ressort 4 assurant le contact permanent entre l'extrémité de la tige 2 et la came 3. La came 3 est entraînée en rotation par un arbre 5 fonctionnellement réuni à un arbre 6 par l'intermédiaire du dispositif selon l'invention. L'arbre 6 est entrainé à vitesse constante par le moteur du véhicule. Le dispositif selon l'invention comprend essentiellement un cardan généralement désigné par 7 dont les arbres d'entrée 8 et de sortie 8' font, entre eux, un angle a Entre l'arbre 8 et l'arbre 6 est interposé un organe de décalage angulaire 9 plus clairement visible à la figure 2 et susceptible d'introduire un angle 61 de décalage entre les deux arbres et donc de modifier l'orientation de la fourche associée du cardan. De même, entre l'arbre 8' et l'arbre 5 est interposé un organe de décalage angulaire 9 susceptible d'introduire un angle a2 2 de décalage entre les deux arbres. En jouant sur les angles a, ai , et 62 6 il est possible de modifier la courbe de levée de la soupape, l'amplitude de la levée restant constante. - influence d'a En modifiant l'angle a de désalignement entre les arbres 8 et 8', on modifie la "largeur" de la courbe de levée de soupape par rapport au profil P d'origine. Cela ressort de la figure 3. - influence de 61 L'influence de l'angle ai de décalage se manifeste au niveau du "calage" de la levée par rapport à l'arbre moteur (donc par rapport au point mort haut du piston). Cela se traduit par les translations du profil d'origine P de la courbe de levée comme on le voit à la figure 4. - influence de 6 2 Pour dégager l'action de a2 , il est nécessaire de compenser, par un décalage opposé sur ai , la translation de la courbe qui, autrement, apparaîtrait de la même façon que précédemment. On peut imaginer que l'on a fait tourner le cardan, la came et l'arbre moteur restant fixes. On observe alors une dissymétrisation de la courbe ainsi que le montre la figure 5. Dans le cas où l'on désire également modifier en amplitude le profil P, on interpose un bras de levier variable entre la came et la soupape. Un mode de réalisation préféré d'un tel bras de levier variable est représenté schématiquement à- la figure 6 où l'on retrouve la soupape 1, la tige de soupape 2, la came 3 et le ressort 4 de la figure 1. Entre la came et la soupape est interposé un ensemble de poussoirs 10 et 10' et un bras de levier ou culbuteur 11 susceptible de pivoter autour de l'axe 12. Le point de contact 13 entre le poussoir 10 et le culbuteur 11 est susceptible d'être déplacé sur une course C, ce qui permet de modifier le bras de levier interposé dans la transmission à la soupape du mouvement issu de la came, et ainsi l'amplitude de la courbe de levée, comme le montre la figure 7. En combinant les règlages de l'angle a et la longueur du bras de levier, on peut obtenir la loi de levée voulue dont quelques exemples sont représentés à la figure 8. Si l'on se reporte à la figure 9, on voit un schéma d'ensemble d'une autre forme d'exécution de l'invention qui utilise deux cardans 7 et 7' en série montés de telle sorte que les fourches 14 et 14' du segment intermédiaires soient orthogonales. Dans cette configuration, le règlage de a ne modifie pas la position de l'arbre d'entrée 6. Celui-ci reste fixe par rapport au moteur. Dans ce cas la distorsion angulaire introduite est doublée par rapport à ce qu'èlle serait dans le cas d'un cardan unique. A cela près, on retrouve à la figure 9, l'arbre 6 transmettant la rotation à vitesse constante issue du moteur ; l'arbre 5 transmettant cette rotation à la came 3 après que la vitesse ait été modulée par les cardans 7 et 7' ; le poussoir 10 ; le culbuteur 11 pivotant autour de son axe 12 ; le poussoir 10', le ressort 4 et la soupape 1. La référence 15 désigne un organe de règlage de l'angle a (règlage de la modulation) et la référence 16 un organe de règlage de la position du point de contact 13 entre le poussoir 10 et le culbuteur 11 (règlage de 1 ' amplitude). La chaîne cinématique complète de mise en mouvement de la soupape peut être représentée par le schéma-bloc suivant ~81 cardans 62 came3YO(2) culbuteur Y = kYo soupape wl , ------I ---- où - ei est l'angle de rotation à l'entrée des deux cardans en série - # = d# est la vitesse de rotation à l'entrée des deux cardans ; cette vitesse est égale à la moitié de celle du vilebrequin - e2 est l'angle à la sortie des deux cardans en série ; cet angle peut se déduire de l'angle d'entrée ei par la relation 2 tg e2 = tg ei COS a où a est l'angle de désalignement entre les arbres des cardans - Yo est la loi de levée qui serait transmise à la soupape si celle-ci était directement mise en mouvement par la came, et - Y est la loi de levée de la soupape, telle qu'actionnée par le culbuteur de rapport constant k. Il ressort de la description ci-dessus que l'invention apporte des moyens simples et économiques permettant de faire varier à volonté, par quelques règlages, une loi d'asservissement, par exemple aux fins de déterminer la loi de levée optimale des soupapes d'un moteur à explosion, sans avoir à procéder aux étapes longues et coûteuses décrites plus haut. Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée aux formes d'exécution décrites et représentées. En particulier, on pourrait utiliser un cardan dont le croisillon n'a pas ses branches orthogonales. Par ailleurs, si le cardan constitue la solution préférée pour la commande de soupapes, compte tenu des contraintes particulières associées à cette application (entre autres, fréquence de fonctionnement et précision élevées), d'autres moyens, tels que ceux cités dans la description sont également utilisables lorsque les contraintes ne sont pas aussi sévères. REVENDICATIONS 1- Procédé de modification d'une loi de mouvement à laquelle est asservi un récepteur, caractérisé en ce qu'il consiste à transmettre une loi de mouvement audit récepteur au moyen d'une came ayant un profil donné et à moduler la vitesse de rotation de ladite came. 2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le récepteur est une soupape et en ce que la loi de mouvement est une loi de levée de soupape. 3- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'entraînement en rotation, à vitesse modulable, dits "moyens modulateurs" (7), et un arbre (5) soumis auxdits moyens modulateurs et dont dépend une came (3) ayant un profil donné exerçant son action sur ledit récepteur (1). 4- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens modulateurs (7) reçoivent, en entrée, une vitesse de rotation constante et restituent, en sortie, une vitesse modulée de période quelconque. 5- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que plusieurs moyens modulateurs (7, 7') sont associés en série avec un déphasage quelconque entre eux. 6- Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les moyens modulateurs sont constitués par au moins un cardan (7). 7- Dispositif selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que les moyens modulateurs sont constitués par deux cardans (7, 7') montés en série et orientés de telle sorte que les arbres du segment intermédiaires soient orthogonaux entre eux. 8- Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'un organe de décalage angulaire (9) est monté en amont du ou des cardans (7, 7'). 9- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'un organe de décalage angulaire (9') est monté en aval du ou des cardans (7, 7'). 10- Dispositif selon la revendication 4 dans lequel les moyens modulateurs reçoivent une vitesse de rotation constante d'un arbre (6) entrainé par un moteur, caractérisé en ce qu'il associe plusieurs moyens modulateurs (7, 7') tels que ledit arbre (6) reste fixe par rapport audit moteur ou au bâti renfermant l'ensemble. 11- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 10, caractérisé en ce qu'un bras de levier variable (11) est interposé entre la came (3) et le récepteur (1).