Brevet FR2585765A1 — publié le 19870206

DISPOSITIF DE COMMANDE ELECTRO-HYDRAULIQUE DES SOUPAPES POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention concerne un dispositif de commande electro-hydraulique des soupapes pour moteurs a combustion interne, notamment pour moteurs Diésel. On a deja proposé de remplacer le contrôle mecanique classique, généralement obtenu au moyen de cames, de certaines fonctions des moteurs (commande des injectueurs, commande des soupapes, contrôle de la régulation) par un système de contrôle électronique comportant un ou plusieurs calculateurs dans lesquels sont introduits divers paramètres de fonctionnement du moteur et qui fournissent des signaux électriques de commande des organes intéressés du moteur. De tels systemes de contrôle electronique des moteurs ont surtout éte appliqués jusqu'a présent au contrôle electronique de l'injection du combustible, mais il ne semble pas que le contrôle électronique de la levée des soupapes ait été couramment utilise, par suite des difficultés pratiques de réalisation de telles commandes. Avec lesystème classique de commande des soupapes par cames, la loi d'ouverture des soupapes est figee mécaniquement par le profil et le calage des cames qui procurent des conditions optimales de fonctionnement seulement pour un point de fonctionnement bien détermine. Or, les moteurs modernes, notamment les moteurs suralimentés, doivent avoir une très large place d'utilisation (en vitesse et couple) et sont donc soumis à de tres grandes variations des débits d'air et de combustible. Il en résulte qu'il est difficile d'obtenir un fonctionnement correct du moteur a certains régimes, a cause de la loi d'ouverture des soupapes fixée une fois pour toutes par les cames. On a proposé des systèmes mécaniques permettant de faire varier le point d'attaque des cames sur les poussoirs de soupapes, mais ces systemes etaient compliqués et ne présentaient pas une fiabilite suffisante. On a également propose, par exemple dans le brevet Français nO 2.059.174 au nom de ROBERT BOSCH GMBH; de commander les soupapes d'admission et d'échappement d'un moteur au moyen d'un dispositif éectro-hydraulique comprenant une électro-valve pilote qui est excite par des signaux electriques émis par une unité électronique de commande et qui pilote le tiroir d'un distributeur hydraulique a trois voies constituant l'étage de commande du dispositif. Ce tiroir commande la mise en pression d'un vérin hydraulique d'actionnement de la soupape lorsque l'electro-valve est mise en position d'alimentation à la réception du signal électrique de levée de la soupape. Dans la demande de brevet Français n 2.552.492, au nom de la Demanderesse, on a aussi propose de commander la levée des soupapes au moyen d'un dispositif elec- tro-hydraulique comprenant une électro-valve pilotant un distributeur a tiroir. Mais, dans le but d'accroitre la vitesse de repousse par rapport aux dispositifs connus, il a ete prevu que le signal hydraulique fourni par l'electro-valve, lorsque celle-ci est excitée, est un signal de purge (ou tout au moins de baisse de pression) provoquant le basculement du tiroir du distributeur vers la position d'alimentation du vérin d'actionnement de la soupape, ce tiroir etant sollicite en permanence vers cette position par la haute pression qui est toujours appliquée sur lune des extrémites de ce tiroir. Cette disposition a permis d'accro;tre la rapidité de réponse, qualite qui est primordiale, puisque la fréquence d'ouverture des soupapes peut etre de l'ordre de 50 Herz. Cependant, notamment dans le cas des moteurs ayant un grand nombre de cylindres, par exemple douze ou seize, il est important egalement que le moment d'ouverture et de fermeture des soupapes soit respecte avec le plus de fidélité possible sur chaque cylindre individuellement. Des essais ont montré qu'il pouvait être nécessaire d'ajuster individuellement la course du tiroir coulissant de chaque ensemble de commande des soupapes pour reduire la dispersion du temps de repousse sur tous les cylindres. En effet, les tiroirs coulissants du distributeur, formant le deuxième étage ou étage de commande des ensembles de commande de soupapes qui ont ete proposés jusqu'a présent, présentent tout d'abord l'inconvénient d'avoir un poids, donc une inertie, relativement important. De plus, les recouvrements des collerettes de part et d'autre des trous contrôlés par le tiroir, nécessaires pour assurer une étanchéité satisfaisante, entraînent unecourse préalable du tiroir. Les retards a la commande de chaque vérin actionnant une soupape, qui introduisent ces recouvrements, sont fonction de la vitesse de déplacement du tiroir et des longueurs de recouvrement. Des variations dans 1 'ins- tant du découvrement entrainent des décalages sur 1 'ouver- ture et la fermeture des soupapes. Par ailleurs les tolérances de réalisation de l'ensemble tiroir/chemise ont également une influence sur la section de dêcouvrement et, donc sur la vitesse de déplacement des soupapes. Le reglage individuel des tiroirs et/ou des vérins de soupape est une solution onéreuse. On pourrait envisager une compensation electronique, jouant sur le signal electrique de commande, mais alors 1 'interchangea- bilié des ensembles de commande des soupapes ne serait plus possible. La présente invention a pour but de remedier aux inconvenients ci-dessus que présentent les systemes connus de commande électro-hydraulique des soupapes comportant un distributeur a tiroir coulissant dans l'étage de commande. L'invention a pour objet un dispositif de commande electro-hydraulique des soupapes d'un moteur a combustion interne du type qui comprend, pour chaque soupape : un etage pilote comportant une electro-valve pilote à billes a trois voies recevant un signal étectrjque d'ouverture de soupape; un étage de commande comportant un verin pilote commandé par la dite électro-valve et comportant un distributeur hydraulique a trois voies alimentation/purge dont l'organe de commutation est commandé par le dit verin pilote; et un etage de puissance comportant un verin hydraulique d'actionnement de la soupape dont la chambre de travail est raccordée sélectivement, par ledit distributeur, a l'alimentation ou a la purge. Suivant l'invention, le distributeur hydraulique est un distributeur a sieges. Suivant une forme préféree de realisation, l'organe de commutation est constitué par au moins une bille cooperant avec les sièges du distributeur. Grâce a cette disposition, on supprime le tiroir du distributeur et les inconvénients qu'il présente dans le cas de la commande électro-hydraulique des soupapes d'un moteur, le clapet ou la bille du distributeur ne nécessitant pas des courses préalablesà l'ouverture (ou a la fermeture) et présentant une inertie moindre que celle d'un tiroir. D'autre part la reproductibilité des billes est plus facile a obtenir que celle des ensembles tiroir/chemise, ce qui est très avantageux pour éviter les dispersions de reponses sur une pluralité de dispositifs identiques nécessaires pour un moteur polycylindrique, par exemple a douze ou seize cylindres. L'invention sera mieux comprise a la lecture de la description détaillée qui va suivre et a l'examen de la figure annexée qui représente, a titre d'exemple non limitatif un mode de .réalisation de l'invention. La Figure unique est une vue schématique d'un dispositif électro-hydraulique suivant l'invention. On a représenté sur la Figure un dispositif electro-hydraulique pour la commande d'une soupape 2 d'un moteur a combustion interne dont on a représenté seulement la culasse 4. Le dispositif comprend un étage pilote constitué par une electro-valve a bille 6 comportant un électroaimant 8 dont l'armature 10 actionne, par l'intermédiaire d'un poussoir 12, une bille 14 de petit diamètre. Dans la position non excitée de 1 'électro-valve 6, représentee sur la Figure 1, la bille 14 reposant sur le siège 16 obture une conduite de purge 18 en communication avec un réservoir basse pression 20. Dans cette position de repos, non excitée, l'electro-v-alve 6 met en communication une conduite d'utilisation 22 avec une canalisation 24 soumise en permanence a la haute-pression. En condition excite, la bille 14 quitte le siège 16 et s'applique sur le siege oppose 26 pour mettre la conduite d'utilisation 22 a la purge. L'électro-valve 6 est donc une valve d'alimentation/purge a trois voies, en position d'alimentation au repos. Le dispositif comprend un etage de commande 28 comportant un verin pilote 30-32 dont le cylindre 32 est en communication avec la conduite d'utilisation'22 de 1 'électro-valve 6. L'étage de commande comporte également un distributeur à trois voies 33 ayant une canalisation d'utilisation 34, une canalisation d'alimentation (haute pression) 38 et une canalisation de purge (basse pression) 40. Le distributeur 33 est un distributeur " & sièges" comportant deux sieges 58-60. L'organe de commutation du distributeur 33 est constitue par une bille 42 actionnee par un poussoir 44 lié au piston 30 du vérin pilote, la bille 42 étant appliquee selectivement sur l'un ou l'autre des sièges 58-60. Le dispositif comprend encore un etage de puissance 46 comportant un verin hydraulique de puissance 48-50 dont la chambre de travail 48 est en communication avec la canalisation d'utilisation 34 du distributeur et dont le piston 48 agit en poussée, par l'intermédiaire de sa tige 52, sur la queue 54 de la soupape 2 a commander, cette dernière etant rappelée sur son singe par tout moyen élastique tel qu'un ressort de soupape 56. Dans le distributeur 33, la section S du siege 58 de la bille 42, du côte de la canalisation d'alimentation 38, est inferieur a la section S' du piston 30 du verin pilote. Dans la position de repos représentée sur la Figure 1 (electro-valve 6 non excitee), la haute pression s'exerce d'un cote sur la section S' du piston pilote 30 et, de l'autre côte, sur une section S de la bille 42, laquelle est donc maintenue appliquee sur son siege 58 par la pression differentielle. Dans cette condition de repos, la chambre 50 du vérin de puissance est donc a la basse pression, par la canalisation 54, l'intervalle entre la bille 42 et le siege oppose 60 du distributeur, la canalisation basse pression 62 et le reservoir basse pression 20. Un faible ressort 64, agissant sur le piston 30, a seulement pour fonction de fixer la position de la bille appliquee sur le siege 58 en l'absence de la haute pression. A l'apparition du signal electrique de commande d'ouverture de la soupape, 1 'électro-valve 6 est excitée et repousse la bille 14 sur son siège 26, ce qui isole de la haute pression la chambre 32 du vérin pilote et met cette chambre en communication avec la basse pression. Dès la baisse de pression dans cette chambre, et sans qu'il soit necessaire de purger le vérin pilote jusqu'au voisinage de la pression atmospherique, la haute pression s'exerçant sur la bille 42, repousse celle-ci à l'écart de son siege 58 et repousse en même temps le piston 30. On voit donc déjà que la repousse au signal électrique de commande est très rapide, puisqu'il suffit d'un signal hydraulique de baisse de pression pour faire commuter le distributeur. La haute pression, amenée par les canalisa- tions 66 et 38, applique la bille 38 sur le siège 60, ce qui ferme la mise a la purge par la canalisation 40 et applique la haute pression dans la chambre 50 du vérin de puissance 48 pour ouvrir la soupape 2. Il ressort bien de ce qui précède qu'aucun retard dans l'ouverture de la soupape n'est introduit par une course préalable de l'organe de commutation du distributeur 33. Dès la disparition du signal électrique d'excitation de i 'électro-valve 6, la haute pression régnant dans la canalisation 24 repousse la bille 14 a l'écart du siege 26 et applique cette bille sur le siège 16, dans la position de la Figure 1. La chambre 32 du vérin pilote 30-32 est donc remise en pression et le poussoir 44 repousse la bille 42 à l'écart de son siège 60, dont la section S" est egalement inférieure a la section S' du piston 30, à l'encontre de la haute pression qui appliquerait la bille 42 sur le siege 60. La bille 42 vient s'appliquer sur son siège 58, ce qui ferme l'alimentation haute pression du vérin de puissance 48-50, lequel est mis a la purge par la levée de la bille 42 à l'écart de son siège 60 et par la canalisation basse pression 62. Le vérin de puissance revient donc dans la position re présentee sur la Figure 1, avec la soupape 2 fermée. De préférence le piston 48 du vérin de puissance est rappelé en position de repos par des moyens élastiques, notamment par la haute pression appliquée dans une chambre 68, en-dessous du piston 50, où elle est amenée par une canalisation 70 en communication avec la canalisation 66. Avantageusement, I 'électro-valve 6, L'étage de commande 28 et l'otage de puissance 46 sont assembles sous forme d'un bloc unitaire qui est fixé sur le capot de culasse 72 du moteur. L'électro-aimant 8 de 1 'électro-valve 6 peut recevoir ses signaux electriques d'excitation a partir d'un systeme de contrôle électronique, qui ne fait pas partie de l'invention, et qu'on a représenté schématiquement par un capteur 74 de la vitesse et de la position de l'arbre 76 du moteur et par une unité de traitement 78 qui reçoit les informations fournies par le capteur 74 ainsi que d'autres informations 80 relatives a d'autres paramètres de fonctionnement du moteur. L'unité de traitement 78 élabore et conditionne les signaux de commande d'ouverture des différentes soupapes, avec leur instant, leur duree et leur forme optimaux, chaque signal étant transmis à I 'électro-valve concerne par l'intermédiaire d'une interface de puissance 82, transformant le signal reçu de l'unité de traitement 78 en un courant de puissance compatible avec le bobinage 8 de 1 'électro-valve 6. L'alimentation du dispositif en liquide haute pression peut être assurée par une source haute pression (par exemple de l'ordre de 150 a 250 bars) comportant une pompe 84, un accumulateur hydraulique 86 et un réservoir 88. Dans le cas où on utilise, comme fluide hydraulique pour le bloc de commande, l'huile du moteur, on interpose un filtre 90 donnant par exemple une filtration a trois microns. Malgré cette filtration, on pouvait rencontrer, avec les dipositifs connus comportant un distributeur a tiroir, des risques de grippage du tiroir dans la chemise. Au contraire, le distributeur a sièges, notamment le distributeur à bille, du dispositif suivant l'in vention, est pratiquement. insensible aux impuretés rencontrées dans les circuits hydrauliques. Par ailleurs, la bille 42 du distributeur, qui est libre en rotation, assure l'insensibilité de l'tant cheité a l'usure, contrairement aux tiroirs coulissants. On a décrit dans ce qui précède un distributeur a sièges 28 dans lequel l'organe de commutation est une bille 42, car ce mode de réalisation présente de nombreux avantages, mais il est bien entendu que, sans sortir du cadre de l'invention, l'organe de commutation pourrait être constitué par un double clapet tronconique ou par un couple de deux billes, cooperant avec des sieges ménagés dans le distributeur, le découvrement des sieges se faisant sans course préalable des organes mobiles de commustation. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande electro-hydraulique des soupapes d'un moteur a combustion interne qui com prend, pour chaque soupape : un étage pilote comportant une électro-valve pilote bille (6), a trois voies, recevant un signal électrique d'ouverture de soupape; un étage de commande (28) comportant un vérin pilote (3032) commandé par la dite electro-valve et comportant un distributeur hydraulique (33) alimentation/purge, a trois voies, dont l'organe de commutation est commandé par le dit verin pilote; et un etage de puissance (46) comportant un verin hydraulique (48-50) d'actionnement de la soupape (2) du moteur dont la chambre de travail (50) est raccordée sélectivement, par le dit distributeur (33), a l'alimentation ou a la purge, le dit dispositif etant caractérisé en ce que le distributeur (33) est un distributeur a sieges. 2. Dispositif suivant la revendication 1, ca racterise en ce que le distributeur (33) comporte deux sièges (58-60). 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe mobile de commutation du distributeur (33) est constitue par une bille (42) coopérant sélectivement avec l'un et l'autre des deux sièges (58-60). 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les sieges (58-60) ont des sections S - S" qui sont plus petites que la section S' du verin pilote (30-32). 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que, en l'absence de signal électrique d'excitation de l'electro-valve (6), la dite électro-val- ve met en communication la chambre (32) du vérin pilote (30-32) avec la haute-pression du fluide hydraulique. 6. Dispositif suivant la revendication 2, ca racterisé en ce que l'organe mobile de commutation du distributeur (33) est constitué par un double clapet tronconique cooperant sélectivement avec l'un et l'autre des sièges (58-60). 7. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que 1 'organe mobile de commutation du distributeur (33) est constitué par un couple de deux billes coopérant sélectivement avec l'un et l'autre des sièges (58-60).