Brevet FR2562156A1 — publié le 19851004

La présente invention se rapporte aux systèmes pour commander l'admission et/ou I'échappement dans un cylindre d un moteur à combustion interne. De manière générale, on utilise des systemes de soupapes à champignon dans des moteurs à combustion interne à quatre temps. ces systèmes étant commandés par une came soit directement, soit par 1 intermediai- re d'un mécanisme de bras de culbuteur. De tels dispositifs utilisent de façon générale une accélération très rapide de la soupape.. Une telle action n'est pas douce et présente un certain nombre d inconvénients. De plus, de la puissance est perdue en accélérant les soupapes à champignon de cette matière. De telles soupapes tendent à etre bruyantes. L accçlération et d'autres facteurs demandent du matériel de qualité plutot bonne. Les soupapes à champignon présentent également d'autres inconvénients de conception y compris la pénétration de la soupape dans la chambre de combustion lorsqu'elle est actionnée. Ce déplacement réduit le volume de charge disponible dans la chambre de combustion. De plus, une certaine quantité d'espace est nécessaire autour de la soupape et on doit prendre en compte l'écartement des soupapes de ce type. n outre. I'étanchéité des soupapes à champignon est commandée par des jeux qui sont relativement importants. Ainsi, un certain nombre de difficultés existe lorsque des soupapes à champignon sont utilisées dans des moteurs à combustion interne. Selon la presente invention, il est prévu un mécanisme de soupapes pour un moteur à combustion interne comportant au moins un piston et un cylindre. un tel mécanisme comprenant une cavité et un orifice formé dans la paroi de ladite cavité communiquant avec soit un passage d admission, soit un passage d échap- pement pour le cylindre du moteur, un tel orifice étant situé de manière à être sélectivement ouvert ou fsrmé par ledit piston de soupape et le mécanisme comprenant en outre des moyens d'actionnement pour commander un mouvement de va-et-vient du piston de soupape dans ladite cavité. Dans un mode particulièrement avantageux, les moyens d'actionnement comprennent un arbre tournant couplé à un villebrequin du moteur de façon à tourner à la moitié de la vitesse angulaire du-villebrequin du moteur, et une bielle de soupape couplée de manière excentrique par une de ses extrémités audit arbre tournant et reliée par son autre extrémité audit piston de soupape. Par un tel dispositif, de nombreux inconvé- nients liés aux soupapes à champignon sont évités. L'actionnement de la soupape peut être commandé avec une accélération inférieure. Ainsi, du matériel moins sophistiqué peut être utilisé, le système de soupapes peut être plus souple, moins de puissance est nécessaire pour accélérer le mécanisme de soupapes et le piston de soupape n'est pas amené à pénétrer dans la chambre de combustion. Avec de telles soupapes. les soupapes peuvent etre plus rapprochées les unes des autres de façon à fournir une zone d'orifices et une commande de circulation de mélange plus grandes. L'é tanchéité de la soupape n'est pas commandée par jeu lors du déplacement du piston par rapport à la cavité. Ainsi, la maintenance et la fabrication sont plus faciles. Une liaison peut être sélectionnée pour commander de telles soupapes. qui apporte une commande améliorée du déplacement de soupapes à toutes les vitesses. Dans un mode préféré de réalisation, une douille de soupape peut être utilisée dans la cavité de soupape et peut être réglée pour réaliser la synchronisation des soupapes. Les orifices à travers la douille sont de préférence plus petits que les passages d'admission ou d échappement de façon que le reglage de la douille n'affecte pas la circulation vers la cavité de soupape. Un exemple de réalisation de l'invention sera maintenant décrit, à titre d'exemple seulement, en se référant aux dessins annexés sur lesquels - la Fig. 1 est une vue en coupe d'un moteur dans lequel est monté un mécanisme de soupape selon la présente invention - la Fig. 2 est une vue en coupe prise selon la ligne II-II de la Fig. 1 - la Fig. 3 est une vue en coupe prise selon la ligne III-III de la Fig. 1 - la Fig. 4 est une vue en coupe d'un détail selon la ligne IV-IV de la Fig. 2 - la Fig. 5 est une vue en coupe d'un détail selon la ligne V-V de la Fig. 2 et, - la Fig. 6 est un jeu de courbes représen- tatives pour un moteur et une synchronisation de soupapes. Si l'on se reporte maintenant plus en- détail aux dessins, la Fig. 1 représente un moteur mettant en oeuvre un mode de réalisation de la présente invention. Le moteur est représente comme comprenant un cylindre l dans lequel est agencé à coulissement un piston 2. Le piston est couplé à une bielle 3 associée de manière classique avec un villebrequin 4. A proximité de l'extrémité supérieure du cylindre 1 se trouve une tête de cylindre 5 ayant un couvercle de tête de cylindre 5a. Un dispositif de soupapes est situé à l'intérieur de la tête de cylindre 5, et est référencé de façon générale par 6 dans la Fig. 2. Le dispositif de soupape 6 est représenté pour être employe à la fois pour des systèmes d'admission et d'échappement du moteur dans ce mode de réalisation préféré, Un passage d'admission 7 est représente sur la Fig. 2 de même qu un passage d-echappement 8. Un piston 9 est associé avec le passage d'admission 7 pour commander la communication entre le passage d,' admission 7 et l'intérieur du cylindre 1. Un piston analogue 10 est associé avec le passage d'éChappement 8.Les piston- 9- et 10 sont positionnes à coulissement -à -l'intérieur de cavités cylindriques 11 et 12, respectivement, disposées dans la tête 5. Chaque cavité comporte une douille de soupape 11a et 12a. Ces cavités il et 12 s'étendent jus qu'à et sont en communication avec la chambre de combustion 13 du cylindre du moteur. Les pistons de soupages 9 et 10 coulissent à l'intérieur des douilles 11a et 12a dans les cavités cylindriques Il et 12, dans un mouvement de va-et-vient par rapport à la chambre de combustion 13.Ces pistons 9 et 10 sont lu brifiés et étanchéifies dans les cavités Un passage annulaire 7a formant partie du passage d'admission T est situé à proximité de la cavité 11. Un passage annulaire analogue 8a est situé autour de la cavité 12 et forme partie du passage d'échappement 8. Ces cavités annulaires 7a et 8a assurent une communication non limitée avec l'extérieur des douilles îîa et 12a respectivement. La hauteur D des cavités 7a et Sa est choisie de-manière appropriée pour apporter une circulation non limit-ee à travers les orifices de soupapes. Cette hauteur D est supérieure au diamètre des trous de douilles 1tb et 12b. de même que ceci autorise un pos ! tionnement sélectionné des douilles lia et 12a dans les cavités 11 et 12 respectivement. Un mécanisme de soupape d'admission, référencé de manière générale par 14, est associe avec le piston de soupape d'admission S. Un mécanisme analogue 15 est associé avec le piston de soupape d'échappement 10. Le mécanisme 14 fournit une liaison de soupape pour entrainer le piston 9 en synchronisme avec le moteur. Plus de détails de, cette liaison sont fournis dans les Fig. 4 et 5. Un engrenage 14a est monté autour d'un axe 14b. Une bielle de soupape 14c est couplee à l'arbre 14b au moyen d'un arbre de montage 14e. L'arbre 14e est excentrique par rapport à l'arbre de montage 14b de manière que la bielle 14c soit animée d'un mouvement de va-et-vient par rapport à l'arbre 14b. L'arbre 14b est monté à rotation par rapport à la tête 5 au moyen de paliers 14d. La bielle est montée à rotation par rapport à l'arbre de mentage 14e également au moyen d'un palier 14f. Un doigt de connexion 14g relia la bielle 14c au piston de soupape 9. Ainsi, la rotation de l'arbre 14b se traduit par un déplacement en va-et-vient linéaire du piston 9 par l'intermédiai- re de la liaison de soupape.Comme le montre le mode de réalisation préféré qui représente un moteur à quatre temps, l'arbre 14b tourne de manière appropriée à la moitié de la vitesse angulaire du villebrequin 4. Les détails représentés sur les Fig. 4 et 5 sont également applicables au mécanisme 15 pour le système d'échappement. En conséquence, des numéros correspondants sont placés entre parenthèses pour référencer ce dernier mécanisme. Pour entrainer les engrenages 14a et 15a, un arbre de synchronisation 16 et des engrenages associés 11 sont disposés dans la tète 5 au moyen de paliers 18 et 19. L'arbre de synchronisation 16 et l'engrenage 17 sont situés en position intermédiaire par rapport aux engrenages 14a et 15a, chacun d'entre eux étant en trainé par ceux-ci. Une roue à chaîne 20, disposée sur l'arbre de synchronisation 16. est alignée avec une roue à chaine La roue dentée de chaîne 21 associée au villebrequin A. Une chaine sans fin s'étend autour des deux roues à chaine 20 et 21.Par une sélection appropriée de la dimension des roues et des engrenages, les arbres 14b et 15b sont entraînés en rotation à la moitié de la vitesse angulaire du villebrequin 4. Un rouleau de guidage de chaine 23 et un tendeur de chaîne 24 sont associés avec la chaine sans fin de synchronisation 22. Le tendeur de chaine comprend un mécanisme de réglage de tension 25 Une roue dentée 26 entraînée par la chaine de synchronisation 22 est couplée avec une pompe à huile. Pour régler la synchronisation des soupapes. on peut utiliser une orientation relative des roues dentées ou des engrenages sur les arbres respectifs. Pour régler la durée de l'ouverture, les douilles lia et 12a peuvent être réglées dans les cavités 11 et 12, respectivement, dans la direction du mouvement du piston. Des trous Ilb et 12b s'étendant à travers la paroi des soupapes peuvent être utilises pour fournir un orifice de soupape pour chacune de celles-ci. Ces trous ont une dimension plus petite que la hauteur D des passages annulaires 7a et 8a. Ainsi, la commande effective de l'ouverture est fournie par les douilles de soupape. Naturellement, la synchronisation des soupapes est réalisée par le bord d'attaque des pistons de soupape S et 10 par rapport aux trous -11b et 12b. De manière classique, une bougie d'allumage 27 est également synchronisée pour fonctionner en relation avec le piston 2 aussi bien qu'avec les pistons de soupapes 9 et 10. En se reférant aux courbes de synchronisation représentées sur la Fig. 6, l'angle du villebrequin est identifié par ,les lignes verticales comme il est indiqué. Le temps de compression se trouve entre 0 et 180-. Les temps successifs ci-apras sont dans l'ordre, le temps d'allumage, le temps d'echappement et le temps d'admission. La courbe de remontée du piston est représentée en S1. Des courbes typiques de remontée pour des soupapes à champignon d'admission et d'échappement sont représentées en S2 et 53, respectivement, Il peut etre remarqué que la hauteur de la course totale de la soupape d'admission à champignon est La. Le déplacement pour la soupape de piston d'admission selon la présente invention est illustré sur la courbe S4. La course totale du piston de soupape est Lb. La soupape atteint sa position la plus rétractée par rapport au cylindre au point d. s'ouvre en c et se ferme en a. L'amplitude totale du mouvement pour la position la plus avancée par rapport au cylindre est en b. Une courbe analogue S5 est représentée pour le piston de soupape d'échappement 10 dont laquelle e représente la position la plus avancée du piston, f représente la position ouverte, g représentela position la plus rétractée et h represente la position fermée, REVENDICATIONS 1.- Mécanisme de soupape pour un moteur à combustion interne ayant au moins un piston (2) et un cylindre {1), caractérisé en ce qu il comprend une cavité (11,12) communiquant avec le cylindre du moteur. un piston de soupape (9,10) monté à coulissement dans ladite cavité, et un orifice formé dans la paroi latérale de ladite cavité communiquant avec soit un passage d'admission (T > soit un passage d'échappement S8) pour le cylindre (1) du moteur, un tel orifice étant disposé pour être sélectivement ouvert ou fermé par ledit piston de soupape, et le mécanisme comprenant en outre des moyens d actionnement pour imprimer un mouvement de va-et-vient audit piston de soupape dans ladite cavité. 2.- Mécanisme de soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'actionne- ment comprennent un arbre tournant couplé à un villebrequin (4) du moteur de façon à tourner à la moitié de la vitesse angulaire du villebrequin du moteur et une bielle (14c) de soupape couplée de maniera excentrique, -à une de ses extrémités, audit arbre tournant ItSb) et connectée par son autre extrémité audit piston de soupape (9 > . 3.- Mécanisme de soupape selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit orifice (11b, 12b) est défini par une douille de soupape (1 la. 12a) disposée dans ladite cavité, ladite douille de soupape comprenant au moins un trou de façon à communiquer avec le passage d'admission (7) ou le passage d'échappement (8) du cylindre du moteur. 4.- Mécanisme de soupape selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite douille est réglable dans la direction du coulissement dudit piston de soupape. 5.- Mécanisme de soupape selon la revendica- tion 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un passage annulaire entourant ladite cavité, à l'exterieur de ladite douille (lia, 12a), ledit passage annulaire formant partie soit du passage d admission (7) soit du passage d'échappement 18). ledit passage annulaire étant plus large dans la direction du mouvement dudit piston de soupape que le trou formé dans ladite douille.