Brevet FR2596455A1 — publié le 19871002

La présente invention se rapporte à une commande de soupape pour des moteurs Diesel à combustion interne comportant des dispositifs automatiques de rattrapage de jeu adjoints aux soupapes d'admission et d'échappement. Les moteurs Diesel à combustion interne traditionnels, en particulier ceux qui travaillent selon le procédé de la chambre de précombustion ou de la chambre de tourbillonnement, nécessitent pour demarrer sans problème à froid, notamment lors de basses températures extérieures, un taux de compression relativement élevé. Celui-ci est en tout cas plus élevé que le taux de compression optimal d'un moteur Diesel vu sous l'angle du rendement. Ainsi,parexemple, on connaît des moteurs Diesel à combustion interne pour des véhicules de tourisme dont le taux de compression se situe, en vue d'obtenir un départ à froid non sujet à critique, à 23, cependant que le taux de compression favorable quant au rendement ne se situe qu'à 16 environ.Le taux de compression relativement élevé, prévu essentiellement dans le seul but d'obtenir un départ à froid sans problème du moteur Diesel, conduit alors à l'amenuisement du rendement du moteur Diesel pendant le fonctionnement et simultanément réclame une puissance de demarrage plus élevée. Un autre inconvénient de ces taux de compression élevés, uniquement à cause du démarrage, réside dans le fait que dans ces moteurs, eu égard à la faible distance entre la c u I a s s e et le fond du piston, des tolérances de fabrication déjà faibles créent le risque d'un contact entre les soupapes et le piston. I1 en découle une usure des bagues accrue, une plus grande consommation d'huile et, dans un cas extrême, une destruction du moteur à combustion interne. Dans la pratique, il s'avère cependant que les taux de compression que l'on pourrait théoriquement obtenir justement pendant le processus de démarrage ne sont fréquemment pas atteints du tout, parce que par exemple, les soupapes d'admission, pour atteindre le meilleur remplissage de cylindre possible en pleine charge, ferment relativement tardivement apres le point mort bas du piston. Avec des vitesses de rotation élevées, la colonne d'air en mouvement rapide dans le collecteur d'admission introduit effectivement encore de l'air dans le cylindre et ce également contre le piston qui se déplace déjà à nouveau vers le haut. Cet effet peut cependant ne pas survenir avec le courant qui n'est que très faible lors de vitesses de rotation relativement basses. Avec les mêmes temps de fermeture des soupapes d'admission, on va ici, par suite de la remontée du piston vers le haut, alors que la soupape d'admission est encore ouverte, perdre à nouveau une partie du remplissage d'air Le taux de compression réel est ainsi au démarrage très inférieur au taux de compression théorique de e = 23 par exemple,pris pour base de référence. Sur la figure 1, sont indiquées les courbes pour les différents taux de compression entre e = 18 et e = 24, dans un diagramme de la température de fin de compression en fonction du moment de fermeture de la soupape d'admission.On en déduit qu'en avançant le moment de fermeture de 900 de rotation du vilebrequin (RV) après lePMB à 65 RVaprès-Ie PMB,lacourbepour = 18 atteint la même température de fin de compression que précédemment la courbe pour E=24 pour 90 RV après le PMB. En même temps qu'un tel avancement du moment de fermeture de la soupape d'admission serait particulièrement avantageux pour le démarrage, la même mesure se révélerait être un inconvénient en pleine charge eu égard au remplissage du cylindre. Des dispositifs sont certes déjà connus, qui modifient les temps d'ouverture et de fermeture des soupapes en fonction de la puissance du moteur à combustion interne. Ces dispositifs impliquent cependant une dépense technique relativement importante. Le problème fondamental de la présente invention consiste par conséquent à concilier par une mesure technique simple ces deux exigences, à savoir obtenir pour les soupapes d'admission du moteur à combustion interne un moment de fermeture plus précoce pour le démarrage et plus tardif pour le fonctionnement normal. Si l'on parvenait à cela, le taux de compression du moteur Diesel pourrait, sans perte de température de fin de compression,etre diminué dans le sens d'une valeur optimale. La solution de ce problème réside dans une commande de soupapes comportant des dispositifs de rattrapage de jeu adjoints aux soupapes d'admission et d'echappement caractérisée par le fait que les dispositifs automatiques de rattrapage de jeu des soupapes d'admission présentent des moyens pour produire un Jeu utilisable effectivement au démarrage du moteur et éliminable pendant le fonctionnement normal de celui-ci. Conformément à l'invention, on met au point et on prend en considération un jeu souhaité pour le démarrage, qui avance pratiquement le moment de fermeture de la soupape d'admission.On n'a également pas totalement renoncé,dans l'utilisation de poussoirs hydrauliques "sans jeu" , aux rampes douces usuelles d'ouverture et de fermeture des courbes de levéedes soupapes normalement conçues, en vue d'éviter ultérieurement bruit et usure. En présence d'un jeu de soupape, c'est la levée de l'ensemble des soupapes qui doit être réduit de la dimension du jeu; de ce fait, une grande partie des rampes d'ouverture et de fermeture est supprimée, de telle sorte que la soupape ouvre plus tard et plus sèchement et en outre ferme plus tôt et plus sèchement. L'effet final se concrétise ainsi par une modification des temps de commande, ce qui fait que, en particulier le moment de fermeture se déplace en direction du point mort bas du piston. Conformément à l'invention, il faut donc prévoir le réglage d'un tel jeu, voulu pour le seul processus de démarrage, cependant qu'il est supprimé en fonctionnement normal grace à l'effet du dispositif de rattrapage de jeu de soupape, de manière qu'en fonctionnement normal l'état original soit rétabli. Dans les dispositifs hydrauliques clas siques de rattrapage de jeu de soupape, un tel jeu existe déjà pour les soupapes qui sont ouvertes exactement au moment de l'arrêt du moteur à combustion interne. Le ressort de fermeture de soupape attaquant la soupape sollicite alors effectivement le dispositif de rattrapa ge de Jeu de soupape et provoque une diminution du volume hydraulique de travail par suite de la sortie du fluide de travail pour l'ajustement du guidage du piston. Mais, tandis que dans les dispositifs classiques de rattrapage de jeu un tel jeu de soupape non voulu en général, si ce n'est effectivement pour une soupape d'admission ouverte juste au moment de l'arrêt du moteur, se produisait (dans la mesure oû il s'agissait d'un moteur à combustion interne à quatre cylindres et quatre temps), conformément à l'invention un tel jeu de soupape est voulu et mis au point dans tous les dispositifs de rattrapage de jeu des soupapes d'admission. La fermeture plus précoce réalisée par ce jeu de toutes les soupapes d'admission pendant le processus de démarrage a pour conséquence le maintien dans les cylindres d'une plus grande quantité d'air et > par suite, l'obtention d'une température plus élevée de fin de compression. Cette température élevée de fin de compression a pour conséquence une meilleure inflammation du carburant Diesel et, par suite, une mise en marche plus facile du moteur. Des configurations appropriées de l'lnven- rion sont prévues ci-après. Chaque dispositif de rattrapage de jeu de soupape, agissant en fonction de la température, comporte, entre la tige de commande d'une soupape et la came correspondante de l'arbre à cames, un poussoir hydraulique en forme de godet. Dans celui-ci et pouvant s'y déplacer axialement, est logé un piston qui renferme un compartiment hydraulique de travail relié par un clapet de retenue à une source de fluide de pression. Ce clapet de retenue - grâce à une broche de commande d'une barre bilame située dans la direction du courant du fluide de pression et avant le clapet de retenue, laquelle broche agit sur le corps de ce clapet de retenue - est maintenu ouvert au-dessous d'une température prédéterminée du fluide de pression, donc au minimum pendant le démarrage à froid.On peut concevoir également qu'un ressort de pression, formé d'un ressort bilame, placé entre la tige de commande de la soupape et le piston du dispositif de rattrapage de jeutactionne ce dernier lors de l'arrêt du moteur, réduisant le compartiment hydraulique de travail. Pendant le fonctionnement normal du moteur, la force de ce ressort bilame est plus faible que la force exercée par le fluide de pression sur le piston du dispositif de rattrapage de jeu. S'agissant de l'invention, les dessins en présentent deux exemples de réalisation qui sont explicités plus à fond ci-après. Sur ces dessins - la figure i est un uiaqrarnrnede la tempiratu- re de fin de compression en fonction du moment de fermeture des soupapes d'admission avec le taux de compression e comme paramètre: - la figure 2 est une coupe longitudinale d'une première forme de réalisation d'un dispositif de rattrapage de jeu;et - la figure 3 est une coupe longitudinale d'une deuxième forme de réalisation d'un dispositif de rattrapage de jeu. Cependant que le diagramme, présenté sur la figure 1, de la température de fin de compression en fonction dumomentde fermeture de la soupape d'admission a déjà été explicité plus haut, on s'intéressera dans ce qui suit aux dispositifs de rattrapage de jeu des figures 2 et 3. Ici, les deux représentations illustrent des composants identiques ou comparables avec éventuellement un numéro de référence muni d'un trait. La référence numérique 1 indique l'ensemble du dispositif de rattrapage de jeu, la référence 2 un arbre à cames avec une came 3 pour la commande d'une soupape d'admission, dont on a représenté uniquement, dans les exemples de réalisation exposés ici, la tige de soupape 4 avec sa tête attenante 6 et un ressort de soupape 5. Le dispositif de rattrapage de jeu 1 placé ici entre la came 3 et la tige de soupape 4 est conforme dans le principe au type des éléments hydrauliques usuels de rattrapage. Du reste, le dispositif de rattrapage de jeu pourrait également être placé entre la came et un culbuteur ou un levier pivotant de commande de soupape. Le dispositif de rattrapage de jeu 1 présente un poussoir 7 en forme de godet sur le fond duquel porte la came 3. Les références numériques 8 et 9 indiquent deux glissières cylindriques dont l'une est fixée directement au fond du poussoir 7 et l'autre à la monture du poussoir 7, au moyen d ' une paroi a n n u 1 a i r e conique 10 Un piston creux Il, mobile axialement, est tenu entre ces glissières 8 et 9.Ce piston creux ll renferme un compartiment hydraulique de travail 20 qui peut, par un passage 18 ménage dans une paroi transversale 17 de la glissière 8 , être relié à un précompartiment 21 réalisé dans la glissière cylindrique 8 et qui, de son côté, est en liaison avec un compartiment 23 entourant le piston 11 par l'intermédiaire d'un canal d'écoulement 22 prévu dans le fond du poussoir 7. Ce compartiment 23 reçoit le fluide de pression par l'intermédiaire d'un trou d'arrivée 24 situé dans la monture du poussoir 7. Le passage 18 entre le précompartiment 21 et le compartiment hydraulique de travail 20 est fermé par un clapet de retenue qui est constitué d'un corps de clapet 16, formé ici d'une bille, chargé par un ressort 15. L'extrémité libre du ressort 15 prend appui en outre sur le fond d'un élément creux de retenue 14 qui > de son côté, est repoussé contre la paroi transversale 17 de la glissière 8 par un ressort 13 qui prend appui sur le fond 12 du piston 11. La fonction de ce dispositif hydraulique de rattrapage de jeu jusqu'ici usuel est de transmettre la force de commande exercée par la came 3 sur le poussoir, par l'intermédiaire du fluide de travail incompresslble contenu dans le compartiment hydraulique de travail 20, au piston 11 et par le fond de celuici directement à la tige de soupape 4. Eu égard à la pression exercée lors de la commande, une petite quantité de fluide de travail peut s'échapper du piston 11 par la fente annulaire 28 prévue entre celui-ci et la glissière 8. En outre, le piston 71 glisse un peu le long de cette dernière > si bien que le compartiment hydraulique de travail 20 se réduit et que le ressort 13 est bandé.Lorsque la came 3 poursuit sa course et se dégage de la surface de glissement du poussoir 7, la soupape se ferme sous la pression du ressort de soupape 5 attaquant la tige de soupape 4 par l'intermédiaire de la tête de soupape 6 et pousse vers le haut le poussoir 7. Après la fermeture de la soupape, le ressort 13 peut se détendre dans le compartiment hydraulique de travail 20 et rattraper ainsi le léger jeu de soupape généré par la perte de fluide de pression, cependant que, le clapet de retenue 15, 16 s'ouvrant,le fluide de pression s'écoule du compartiment 21 dans le compartiment hydraulique de travail 20. Ce processus peut, si un jeu plus important surgissait eventuellement, se répéter jusqu'à ce que, la soupape étant fermée, le compartiment hydraulique de travail 20 soit complètement rempli. Si la soupape d'un moteur à combustion interne à l'arrêt se trouve en position d'ouverture. alors la force de fermeture du ressort de fermeture de soupape 5 agit sur le piston 77 de maniére que le fluide de pression enfermé dans le compartiment hydraulique de travail 20 en soit avec le temps évacué par la fente annulaire 28. Cette réduction du compartiment hydraulique de travail 20 subsiste à l'arrêt du moteur jusqu'à ce que le piston 11 ou l'un de ses épaulements circulaires vienne au contact du poussoir ou de la glissière 8. En tout cas, il s'établit ainsi un jeu plus important qui est à nouveau rattrapé quelques tours seulement apres le démarrage du moteur par l'écoulement du fluide de pression dans le compar timent hydraulique de travail 20. Conformément à l'invention, il faut maintenant prévoir un dispositif qui, au moins aux basses températures du moteur, à l'arrêt de celui-ci, veille à ce que tous les dispositifs de rattrapage de jeu des soupapes d'admission, et non seulement ceux des soupapes d'admission venantde stouvrir, présentent un tel jeu au démarrage.A cet effet, dans la réalisation de la figure 2, est prévu dans le précompartiment 21 un bilame 25 qui, par l'intermédiaire d'une douille cylindrique 26, est tenu dans la glissière 8 peu au-dessus de la paroi transversale 17. A ce bilame 25 est adaptée une broche de commande 27 qui pointe au-dessus de la bille 16 du clapet de retenue.Le bilame 25 doit maintenant être d'une nature telle que lors des basses températures ambiantes ainsi que lors des basses températures de travail, il se bombe vers le bas, décollant ainsi, sous l'action de la broche 27, la bille de clapet 16, obstruant le passage 18, de sa position et ce, en dépit de l'action du ressort 15 Ceci a pour conséquence d'éliminer au démarrage,pendant les premiers tours du moteur, l'action du clapet de retenue et,par suite, le fluide de pression enfermé dans le compartiment hydraulique de travail 20 peut s'échapper dans le précompartiment 21 pendant la commande de la soupape, de telle sorte que le piston il est comprimé avec accroissement du jeu de soupape. Ce jeu, existant maintenant pour toutes les soupapes d'admission, a pour effet, comme cela a été explicité plus haut, de fermer plus tôt les soupapes d'admission, avec pour conséquence une élévation de la température de fin de compression, ce qui facilite le démarrage du moteur Diesel. Lorsqu'après un temps de fonctionnement, la température du fluide de pression, de l'huile moteur de préférence, est montée, le bilame 25 se dilate, vers le haut sur le dessin, si bien que l'action de la broche 27 sur la bille de clapet cesse.A partir de ce moment, le jeu de soupape établi auparavant par le remplissage successif et influençabledu compartiment hydraulique de travail 20 par le fluide de pression peut de nouveau être rattrapé de la manière connue, de telle sorte que plus aucun jeu de soupape n'existe et que les soupapes d'admission ferment aux moments de fermeture prédéfinis. Dans la réalisation selon la figure 3,l'éva- cuation du compartiment de travail 20 est déjà réalisée à l'arrêt du moteur. Pour cela, provoquant une sollicitation permanente du piston 11, un ressort, 30 sur le dessin, est prévu entre le piston 11 et la tige de soupape 4 ou sa tête de ressort 6. Grâce à cette sollicitation du piston,le fluide de pression enfermé dans le compartiment hydraulique de travail 20 est, pendant l'arrêt du moteur à combustion interne, chassé vers l'extérieur à travers la fente annulaire du conduit 28, si bien que le piston 11 est appuyé contre le fond du poussoir 7 avec accroissement du jeu de soupape.Dans l'exemple présenté sur le dessin, le ressort prévu précédemment dans ce compartiment hydraulique de travail a été abandonné et le remplissage du compartiment hydraulique de travail doit, pendant le fonctionnement, ne résulter que de la pression exercée sur le piston 11 par le fluide de pression présent dans les précompartiments 21 et 23, lequel pénètre à travers le passage 18 pendant l'ouverture du clapet de retenue 15, 16. La retenue de soupape 14 percée au fond d'une ouverture -19 doit être fixée dans la glissière 8, par vissage par exemple. Afin d'avoir dans cette configuration la possibilité également,à l'arrêt du moteur à combustion interne, de régler le jeu de soupape en fonction de la température, on pourrait également penser à concevoir le ressort 30, placé entre la tige de soupape ou sa tête 6 et le piston 11,sousformed'un bilame, de manière qu'une sollicitation du piston 11 allant dans le sens d'un accroissement du jeu de soupape n'intervienne qu'au-dessus d'une température déterminée. Dans une conception de ce type du moins, un ressort correspondant au ressort 13 de la figure 2 pourrait alors à nouveau être placé dans le compartiment hydraulique de travail, ressort dont la force devrait être aux basses températures plus petite que celle du ressort 30.Pour les températures ambiantes plus élevées, la force du ressort 30 formé d'un bilame devrait ainsi diminuer pour devenir plus faible que celle du ressort 13 placé dans le compartiment hydraulique de travail 20, de telle sorte que le mode usuel de commande puisse alors se rétablir avec le rattrapage automatique du jeu de soupape. L'avantage essentiel obtenu grâce à l'in ventionconsiste > du moins lors du démarrage à froid d'un moteur Diesel à combustion interne, par un jeu choisi donné aux soupapes d'admission, à obtenir un moment de fermeture plus précoce des soupapes d'admission et,par là,un meilleur remplissage aux vitesses de démarrage. Ce meilleur remplissage du cylindre fournit une température de fin de compression plus élevée et, de ce fait, une meilleuremiseenmarche du cylindre, sans devoir changer les moments de fermeture optimisés pour'état de pleine charge Le jeu de soupape mis au point occasionne certes pour le processus de démarrage un bruit un peu plus important, qui est cependant peù à peu éliminé sous l'effet automatique du dispositif de rattrapage de jeu, Si bien qu'alors on dispose à nouveau des temps de fermeture de référen- ce des soupapes d'admission. ta plus haute température de fin de compression atteinte de cette façon au démarrage procure en outre une élévation du taux de compression si importante que le moteur Diesel à combustion interne peut fonctionner avec une compression plus faible que 23 par exemple. REVENDICATIONS 1. Commande de soupape pour des moteurs Diesel à combustion interne comportant des dispositifs automatiques de rattrapage de jeu adjoints aux soupapes d'admission et d'échappement, caractérisée par le fait que les dispositifs automatiques de rattrapage de jeu des soupapes d'admission présentent des moyens pour produire un jeu utilisable effectivement au démarrage du moteur à combustion interne et éliminable pendant le fonctionnement de celui-ci. 2. Commande de soupape selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les moyens sont commandables en fonction de la température. 3. Commande de soupape selon la revendication 1 ou 2, ou chaque dispositif de rattrapage de jeu de soupape comporte, placé entre la tige de commande d'une soupape et une came de l'arbre à cames adjointe à celle-ci, un poussoir hydraulique en forme de godet contenant un piston qui peut s'y déplacer axialement, lequel > en vis-à-vis avec le poussoir > renfermeun compartiment hydraulique de travail relié par un clapet de retenue à une source de fluide de pression, caractérisée par le fait que les moyens consistent en un dispositif (25-27) maintenant ouvert le clapet de retenue (15, 16) du dispositif(l) de rattrapage de jeu de soupape au minimum pendant le démarrage à froid. 4. Commande de soupape selon la revendication 3, caractérisée par le fait qu'un dispositif bilame (25, 26) comporte un élément de commande (27) agissant dans le sens de l'ouverture sur le corps (16) du clapet de retenue (15, 16) au-dessous d'une température prédéfinie du fluide de pression. S. Commande de soupape selon la revendication 4, caractérisée par le fait que dans un comparti ment (21) situé dans la direction de courant d'un fluide de pression avant le clapet de retenue (15, 16),est maintenu un bilame en forme de barre (25), qui est relié à une broche de commande (27) pour la commande du corps (16) du clapet de retenue (15, 16). 6. Commande de soupape selon la revendication 1 ou 2, où chaque dispositif de rattrapage de jeu de soupape comporte, placé entre un élément de commande d'une soupape et une came de l'arbre à cames adjointe à celle-ci, un poussoir hydraulique en forme de godet contenant un piston qui peut s'y déplacer axialement, lequel,en vis-à-vis avec le poussoir, renferme un compartiment hydraulique de travail relié par un clapet de retenue à une sourcedefluide de pression, caractérisée par le fait que les moyens consistent en un dispositif (30) actionnant, lors de l'arrêt du moteur à combustion interne, le piston (11), pour réduire l'espace hydraulique de travail (20). 7. Commande de soupape selon la revendication 6, caractérisée par le fait que le dispositif comporte un ressort de pression (30), qui est placé entre la tige de commande (4) de la soupape et le piston (11) du dispositif de rattrapage de Jeu de soupape. 8. Commande de soupape selon la revendication 7, caractérisée par le fait que la force du ressort de pression (30) est plus faible que la force de pression exercée par le fluide de pression sur le piston (11) pendant le fonctionnement. 9. Commande de soupape selon la revendication 7 ou 8, caractérisée par le fait que le ressort de pression (30) est formé par un ressort bilame, qui n' actionne le piston (11) qu'au-dessous d'une température prédéterminée pour réduire l'espace hydraulique de travail (20).