Brevet FR2583105A1 — publié le 19861212

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, soit l'extrémité de la tige de la soupape, soit un bossage d'une pièce intermédiaire telle qu'un culbuteur ou un poussoir coopérant avec la soupape. 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 ou la pièce intermédiaire et monté oscillant autour d'un axe parallèle à l'arbre, ce doigt étant de plus mobile dans une direction sensiblement perpendiculaire à l'arbre et à la direction du déplacement de la soupape ou du bossage. La came rotative présente une périphérie circulaire primitive d'où saille un lobe et le doigt possède deux faces opposées qui coopèrent respectivement avec la came et avec la tige de soupape ou le bossage de la pièce intermédiaire. La rotation de la came provoque, lorsque le lobe est en contact avec le doigt, un basculement de celui-ci1 donc un déplacement de la tige ou du bossage, 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 les moments d'ouverture et/ou de fermeture du conduit en déplaçant transversalement le doigt en réponse à un paramètre de fonctionnement du moteur, tel 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'avancer légèrement l'ouverture et de retarder notablement la fermeture s'il s'agit d'une soupape d'admission, ou bien d'avancer notablement l'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 jeusouhaitable de fonctionnement, quand la soupape est en position de fermeture, entre les pieces 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, en fonction de la vitesse du moteur1 la loi de levée de la soupape, c'est-à-dire les 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 cidessus, dans lequel la première face du doigt, coopérant avec la tige de soupape, est rectiligne et sensi blement perpendiculaire à la direction du déplacement de la tige ou du bossage, tandis que sa seconde face tournée vers la came, comporte une portion inclinée par rapport à la première face. Conformément à l'invention, la deuxième face présente du côté de l'axe d'articulation du doigt, une portion rectiligne parallèle à la première face, et de l'autre côté de la came, une portion courbe à concavité tournée vers la came, reliant la portion rectiligne à la portion inclinée, celle-ci s 'écartant de la première face en s'éloignant de l'axe d'articulation, et des moyens sont prévus pour placer l'axe du doigt alternativement à basse vitesse du moteur dans une première position où la came coopère uniquement avec la portion rectiligne, et à vitesse élevée du moteur dans une deuxième position plus éloignée de la tige ou du bossage, 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 porté par au moins un palier de l'arbre de la came. Les deux susdites positions de l'axe sont telles que les deux inclinaisons prises par la portion rectiligne en contact avec la périphérie circulaire de la came, respectivement à basse vitesse et à haute vitesse, sont sensiblement symétriques par rapport à la direction du déplacement de la tige ou du bossage - le rayon de courbure de la portion courbe du doigt est sensiblement égal à celui de la périphé r rie circulaire de la came. Deux exemples de réalisation d'un dispositif de commande selon l'invention seront décrits ci-après en référence aux dessins annexés selon lesquels - la Figure 1 est une vue en élévation à grande échelle du doigt du dispositif de commande visé par 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 - les Figures 3 à 5 sont des vues simplifiées en coupe par un plan passant par l'axe de la soupape et élévation partielle de trois modes de réalisation du dispositif selon l'invention équipant une culasse de moteur à combustion. 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 se déplacer dans le plan de la Figure I transversalement a la tige 1. La came rotative 2a présente une périphérie circulaire primitive d'où saille un lobe 10. Le doigt 3 possede deux faces opposées 5, 6 qui coopèrent respectivement avec la tige i 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 (matérialisée par la double flèche F), tandis que sa seconde face 6, tournée vers la came 2a, comporte une portion inclinée 7 s'écartant de la première face 5 en s'éloignant de l'axe d'oscillation 4.La première face 5 est en contact avec un embout E de la tige de soupape 1. La deuxième face 6 du doigt 3 présente, du côté de l'axe d'articulation 4, une portion rectiligne 8 parallèle à la première face 5, et de l'autre côté de la came une portion courbe 9, à concavité tournée vers la came 2a, reliant la portion rectiligne à a la portion inclinée 7. Le rayon de courbure r de la portion courbe 9 est sensiblement égal au rayon rl de la périphérie 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 éloignée 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, tantôt par sa périphérie circulaire primitive, tantôt par son lobe 10.Ces moyens comprennent, dans la réalisation décrite, un bras Il supportant l'axe d'oscillation 4 et solidaire d'un arbre de commande 12 paralle- le à l'axe d'oscillation 4 et proche du plan diamétral P passant par l'axe géométrique de l'arbre à cames 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 légèrement écarté, comme on le verra ci-après dans la description du mode de réalisation de la Figure 4. Il en résulte que, lorsque le bras il 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'élève légèrement comme indique 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 pé- riphérie 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 a l'ouverture, l'arbre à cames 2 tournant dans le sens S anti-horaire.Les deux positions de l'axe 4 sont choisies telles que les angles i et i' soient opposés, c'est-à-dire que les deux inclinaisons correspondantes du doigt 3 soient symétriques par rapport à l'axe de la tige 1. Quand la vitesse du moteur est faible (Figure 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 être touchées par le lobe 10 pendant la rotation de la came 2a. Les angles de came rapportés au plan de référence H et correspondant respectivement au début de l'ouverture, à l'ou verture maximale et à la fermeture de la soupape, sont ici Ao,Am et Af. Quand la vitesse du moteur dépasse un seuil déterminé (Figure 2), l'axe 4 et écarté 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 en traits interrompus 3a), donc quand la soupape est fermée. Les rayons r et rl étant sensiblement égaux, la portion courbe 9 est alors pratiquement concentrique à l'arbre à cames 2, et la périphérie circulaire de la came 2a est tangente à la portion rectiligne 8. Les faces 5 et 8 étant parallèles et les angles i et i' étant opposés, il s'ensuit que le jeu de fonctionnement j 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 est de même légèrement inférieur à Am, tandis que A'f est notablement supérieur à Af grâce au contact du lobe 10 sur la portion inclinée 7. Par suite le mouvement de fermeture de la soupape, correspondant à l'angle A'f-A'm et obtenu classiquement par un ressort de rappel, s'effectue avec une rapidité non excessive, ce qui permet un fonctionnement du moteur à vitesse élevée sans atteindre "l'affolement" des soupapes. 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 au plan P, est inversé. De ce fait, aux angles Ao, Am et Af ou A'o, A'm et A'f, correspondent respectivement des moments de fermeture et de levée maximale légèrement retardés à haute vitesse, et un moment de début d'ouverture notablement avancé à haute vitesse. On voit à la Figure 3 un premier exemple de mise en oeuvre du dispositif de commande selon l'invention : dans une culasse 13, coiffée par un couvreculasse 14, est formé un conduit d'admission 15 obturable par une soupape 17 dont la tige 1, perpendiculaire à un arbre à cames 2 porté par des cloisons 25 de la culasse, coopère par un embout E avec le doigt 3 du dispositif. L'arbre de commande 12, solidaire du bras Il sur lequel s'articule le doigt 3, pivote dans plusieurs chapeaux de paliers 26 maintenant l'arbre à cames 2 sur les cloisons 25. L'arbre 12 est en fait solidaire de plusieurs bras il portant chacun un doigt 3 coopérant avec l'une de plusieurs cames de l'arbre 2 et avec l'une de plusieurs soupapes telles que 17. L'arbre de commande 12 pivote sous l'action d'un moyen de réglage non représenté, notamment hydraulique ou électrique, dépendant de la vitesse de rotation et/ou de la charge du moteur, ce moyen étant par exemple du type de ceux décrits dans la demande brevet FR-A 84 13 939. Selon les modes de réalisation des Figures 4 et 5, la tige 1 de soupape est actionnée indirecte ment par la came 2a, par l'intermédiaire d'un culbuteur 64 ou d'un poussoir 65 Le doigt 3 est alors interposé entre la came 2a et un bossage B1, B2 du culbuteur 64 ou du poussoir 65, ce bossage Bl, B2 se déplaçant, comme l'embout E de la disposition précédente, perpendiculairement à l'arbre à cames 2 (flèche F). Dans ces deux modes de réalisation, le doigt 3 s'articule sur un bras lla, llb solidaire d'un arbre de commande 12a, 12b situé au niveau de l'arbre à cames 2 ou plus près de la soupape. Mais dans tous les cas sa position est de préférence prévue telle que l'axe d'articulation 4 du doigt 3 se déplace (flèche f) de manière que-dans ses deux positions correspondant à la fermeture de la soupape respectivement à basse vitesse (en traits pleins) et à haute vitesse (en traits interrompus), le doigt 3 présente des inclinaisons sensiblement symétriques par rapport à la direction F, comme indiqué aux Figures 1 et 2 avec les angles i et i'. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande variable d'une soupape à tige (1) de moteur à combustion interne, comportant une came rotative (2a) portée par un arbre du moteur et propre à pousser à l'encontre d'un ressort de rappel dans une direction sensiblement perpendiculaire à l'arbre, soit l'extrémité de la tige (1) de la soupape, soit un bossage (B1, B2) d'une pièce intermédiaire telle qu'un culbuteur (64) ou un poussoir (65) coopérant avec la soupape, et un doigt (3) profilé interposé entre la came (2a) et la tige (1) de soupape ou la pièce intermédiaire (64, 65) et monté oscillant autour d'un axe (4) parallèle à l'arbre, la came (2a) présentant une périphérie circulaire primitive d'où saille un lobe (10) et le doigt (3) possédant deux faces opposées qui coopèrent respectivement avec la came (2a) et avec la tige (1) de soupape ou le bossage (81, B2) de la pièce intermédiaire, la première face (5) du doigt (3) coopérant avec la tige (1) de soupape étant rectiligne et sensiblement perpendiculaire à la direction du déplacement de la tige (t) ou du bossage (B1, B2), tandis que la seconde face (6) tournée vers la came (2a) comporte une portion (7) inclinée par rapport à la première face (5), caractérisé en ce que la deuxième face (6) présente du côté de l'axe d'articulation (4) du doigt (3), une portion rectiligne (8) parallèle à la première face (5), et de l'autre côté de la came (2a) une portion courbe (9) à concavité tournée vers la came (2a), reliant la portion rectiligne (8) à la portion inclinée (7), celleci s'écartant de la premiere face (5) en s'éloignant de l'axe d'articulation (4), 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) coopère uniquement avec la portion rectiligne (8), et à vitesse élevée du moteur dans une deuxième position plus éloignée de la tige (1) ou du bossage (B1,B2) 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, caractérisé en ce que les moyens précités comprennent un bras (11, lia, llb) de support de l'axe (4) d'oscillation du doigt (3) et qui est solidaire d'un arbre (12, 12a, 12b) de commande parallèle à l'axe (4) d'oscillation du doigt et porté par au moins un palier de l'arbre de la came (2a). 3. Dispositif selon l'une des revendications i et 2, caractérisé en ce que les deux susdites positions de l'axe (4) sont telles que les deux inclinaisons prises par la portion rectiligne (8) en contact avec la périphérie circulaire de la came (2a), respectivement à basse vitesse et à haute vitesse, sont sensiblement symétriques par rapport à la direction (F) du déplacement de la tige (1) ou du bossage (B1,B2). 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 périphérie circulaire de la came (2a).