Brevet FR2603945A1 — publié le 19880318

La présente invention concerne les moteurs à combustion interne à soupapes. qu'ils soient alimentés à l'aide de carburateurs ou d'injecteurs, et est rela tive plus particulièrement à un dispositif d'admission pour ce type de moteur. Les moteurs contemporains sont dotés d'un certain nombre de caractéristiques qui favorisent la puissance développée. Parmi ces caractéristiques, on peut citer - des soupapes et des tubulures d'admission largement calculées; - des tubulures d'admission dont l'impédance acoustique est accordée aux conditions de fonctionnement du moteur à régime élevé; - une avance de l'ouverture de la soupape d'échappement et un retard de la fermeture de la soupape d admission par rapport à la position théorique fixée au point mort bas du cycle. Si ces solutions donnent des résultats avantageux à régime élevé du moteur. elles ne sont pas, par contre. favorables à un fonctionnement optimal du moteur à bas régime. En effet, lorsqu'un moteur de ce type fonctionne à bas régime, il faut réduire toute avance et tout retard de la commande de l'ouverture et de la fermeture des soupapes d'échappement et d'admission, respectivement. On comprend donc que suivant les choix des caractéristiques faits, les moteurs ne peuvent pas avoir à tous les régimes des performances et des comportements comparables. I1 faut donc adopter une so- lution de compromis qui fait que ces moteurs manquent souvent d'agrément de conduite et de souplesse de fonctionnement et que l'on est quelquefois obligé d'amoindrir les performances maximales susceptibles d'être obtenues pour obtenir un compromis toutefois acceptable. Pour tenter de concilier des impératifs aussi contradictoires à haut et bas régimes de moteur. des solutions ont déjà été proposées dans la technique antérieure. Mais ces solutions connues sont compliquées et chères et n'abordent généralement qu'un aspect du problème au lieu de l'appréhender dans sa to talité. Par exemple, une solution, relativement complexe mécaniquement, consiste à utiliser des distributions variables, c' est-à-dire qui opèrent une modification de la loi d'ouverture et de fermeture des soupapes en fonction des paramètres de vitesse et de charge du véhicule par exemple. Cette variation de la distribution est obtenue, par exemple, par changement du calage des cames sur l'arbre à cames afin de modifier "le dephasage" qui existe entre les ouvertures et fermetures réelles et les ouvertures et fermetures théoriques. Une solution consiste à utiliser une came commandant la soupape qui présente un profil évolutif, dans la direction de l'axe longitudinal de l'arbre à cames qui la porte, et qui est montée mobile dans cette direction, en fonction de la vitesse du moteur de manière à coopérer avec la soupape selon un profil qui varie selon les besoins. Une autre solution qui a déjà été proposée consiste à interposer entre la came et la soupape, directement ou indirectement, un doigt transversal oscillant selon un axe mobile en fonction de la vitesse du moteur; ce doigt est agencé de manière à présenter un profil particulier de façon que l'epais- seur de la partie qui est intercalée entre la came et la soupape varie avec la position de cet axe. On conçoit que de telles solutions sont relativement coûteuses et délicates à réaliser. En ou tre. elles sont complexes et comprennent des pièces mobiles de relativement grande masse, telles que la came à profil évolutif, qui contribuent à introduire des éléments à inertie importante nuisible à un bon fonctionnement du moteur, en particulier à grande vitesse de rotation. Le but de l'invention est de remédier à la plupart des inconvénients qu'engendrent ces diverses solutions connues en proposant une technique qui agit sur pratiquement la totalité des facteurs qui concourent à obtenir un fonctionnement optimal du moteur aussi bien à régime élevé qu'a bas régime sans qu'elle apporte pour autant une augmentation de la complexité mécanique, Le dispositif d'admission selon l'invention permet d'intervenir sur la phase d'ouverture d'une soupape, notamment d'admission, en fonction de la vitesse du moteur en introduisant un minimum d'inertie des pièces mobiles à grande vitesse, L'invention a pour obJet un dispositif de régulation de l'admission pour moteurs à combustion interne à soupapes où au moins une soupape coulisse alternativement parallèlement à sa tige dans un guide pour obturer périodiquement une tubulure d'admission quand sa tête repose sur le siège qui lui est associé. Ce dispositif de régulation est remarquable en ce qu'il comprend' un élément associé à la soupape et monté mobile relativement à celle-ci entre un premier état libre ou il se déplace en synchronisme avec la soupape afin de maintenir momentanement obturée cette tubulure, alors que la tête quitte son siège, et un second état immobilisé où il est maintenu fixe afin de ne pas contribuer à obturer cette tubulure, et des moyens de verrouillage coopérant avec cet élément et mobiles entre une première position inactive où ils laissent cet élément dans son premier état et une seconde position active où ils retiennent cet élément dans son second état immobilisé. Selon une autre caractéristique de ce dispositif, dans son premier état libre, cet élément est appliqué élastiquement contre la tête de la soupape. et dans son second état immobilisé, cet élément est retenu au contact du siège à l'encontre de la sollicitation élastique. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui suit et de l'examen du dessin annexé, donné seulement à titre d'exemple ou: - la Figure 1 est une coupe partielle selon l'axe de la soupape d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention où cet élément associé à la soupape est représenté dans son premier état libre; la partie de gauche, la Figure 1A, représente la soupape dans la position où elle occulte la tubulure d'admission et la partie de droite, la Figure 1B, représente cette même soupape dans la position où elle est la plus écartée de son siège, lorsqu'elle dégage au maximum la tubulure d'admission: - la Figure 2 est une vue analogue à celle de la Figure 1 où l'élément associé à la soupape est dessiné dans son second état où il est immobilisé; la partie de gauche, la Figure 2A, correspondant à la position ou la soupape est ferme et la partie de droite, la Figure ZB, correspondant à la position où la soupape est complètement ouverte; - la Figure 3 est une vue partielle analogue à celle de la Figure 1 d'une variante d'exécution des moyens de verrouillage; - la Figure 3A est une coupe partielle suivant la ligne 3A de la Figure 3; - la Figure 4 est une vue analogue à celle de la Figure 2 du mode de réalisation de la Figure 3; - la Figure 4A est une coupe partielle suivant la ligne 4A de la Figure 4; et, - la Figure 5 est une vue de détail permettant de comprendre comment la sécurité fonctionne. Les véhicules automobiles étant bien connus, on ne s'étendra que sur ce qui concerne directement ou indirectement l'invention, le surplus relevant de techniques bien connues des divers spécialistes en la matière concernés par les dispositifs de régulation de l'admission pour moteurs à combustion interne à soupapes. Comme on le voit sur la Figure 1, . on a dessiné une culasse 100 d'un moteur à combustion interne à soupapes 200. Dans cette culasse 100 est disposé un siège de soupapes 110, par exemple rapporte, percé d'un alésage 111. Un guide 120 est aussi logé dans cette culasse où est ménage une tubulure d'admission 140. La soupape 200 présente une tête 210 dont une surface 212 coopère avec un élément 400, comme cela apparaitra par la suite. et une tige 220 qui coulisse dans le guide 120. A la tige 220 est associée une coupelle 221 sur laquelle repose un ressort de rappel 130 qui prend aussi appui sur la culasse, comme cela est dessiné. Il n'est pas nécessaire de plus s'étendre sur ces constituants qui sont classiques et bien connus des spécialistes. L'ouverture de la soupape, et sa fermeture, sont commandes par un arbre à cames 300 qui porte des cames dont une seule 310 est dessinée, Cette came agit sur la soupape, par exemple par l'intermédiaire d'un poussoir 320. Pour des raisons que l'on expliquera par la suite, on a logé dans ce poussoir 320 un ressort 450 et si besoin est, on y a ménagé une rainure 321, comme représenté sur les Figures 3, 4 et 5. A tous ces composants classiques est associé le dispositif de régulation de l'admission selon l'in- vention. Ce dispositif comprend un élément 400 qui se compose d'un masque annulaire 410, qui présente une portée 411 et un appui 412, de pattes 420 et d un fourreau 430 relié au masque par les pattes. Ces pattes, par exemple trois équidistantes, se présentent sous la forme de barreaux incurvés rigides. En se reportant au dessin, on voit que cette portée 411 est destinée à coopérer avec l alésage 111 du siège. et que cet appui 412 est destiné à venir reposer sur la surface 212 de la tête de soupape. Ce fourreau est creusé d'une gorge annulaire 431 dont on précisera le role par la suite, A cet élément est associé le ressort 450. On reviendra plus en détail sur tout ceci pour en expliquer le fonctionnement.On notera seulement que cet élément est fait en un alliage metal- lique approprié pour supporter des frottements de glissement à relativement haute température. Le dispositif selon l'invention comprend aussi des moyens de verrouillage 500. Ces moyens de verrouillage comprennent une serrure 530 équipée d'un pêne. par exemple une cheville 531, sollicité élastiquement par un ressort non référencé, comme cela apparait clairement à l'examen du dessin, Ce pene coo père avec une gâche, en l'occurrence la gorge 431 du fourreau 430. Ces moyens de verrouillage comprennent aussi un actionneur 520; sur le mode de réalisation des Figures 1 et 2, cet actioneur est un système électro-mécanique constitué d'un électro-aimant 521 qui agit sur un noyau plongeur 522.Ces moyens de verrouillage 50,0 comprennent. aussi, une sécurité 510, 511 sur laquelle on reviendra par la suite, Tout ce que l'on vient de décrire à propos d un moteur classique et aussi à propos du dispositif selon l'invention est clairement illustré sur les figures, 1 et 2 notamment, pour qu'il ne soit pas nécessaire de s'y étendre plus longuement; ii suffira de s'y reporter pour tout complément qui paraitrait nécessaire. On exposera maintenant le fonctionnement du dispositif selon l'invention, A la Figure 1, on suppose que le moteur fonctionne à petite vitesse, c'est-à-dire que sa vitesse N de rotation est inférieure à une valeur prédéterminée. Dans ce cas, l'électro-aimant 521 de l'actionneur 520 n'est pas excité et le ressort agit sur la cheville 531, qui tient lieu de pene, pour l éloi- gner de la tige 220 de la soupape et la maintenir en dehors de la gorge 431, qui joue le râle de gache, ménagée dans le fourreau 430 de l'élément 400. On comprend donc que le fourreau 430, et par suite l'élément 400 est libre de se déplacer axialement dans le guide 120; cet élément 400 est soumis à l'action du ressort 450 qui, comme il est dessiné, prend appui, d'une part, sur la coupelle 221 fixée à la tige 220 de la soupape, et d'autre part, sur l'extrémité de l'élément 400 qui est éloignée du masque 410 c'est-à-dire de la tête de soupape 210.De la sorte, l'élément 400 selon l'invention est poussé vers le bas, par rapport aux figures du dessin. de manière que son appui 412 vienne reposer intimement sur la surface 212 de la tete de soupape, en étant guidé par sa portée 411 qui épouse étroitement l'alésage 111 pratiqué sur le siège 110 de soupape. On voit donc que l'élément 400 est libre de suivre la soupape dans ses déplacements rythmiques et en synchronisme avec ceux-ci. Dans une telle configuration, l'élément 400 fait en quelque sorte "corps" avec la soupape 200 qu'il suit et se déplace alors avec elle relativement au guide 120. On comprend donc que l'ouverture de la tubulure d'admission 140 n'est réalisée que lorsque la soupape a été suffisamment éloignée de son siège par l'arbre à cames afin que le masque annulaire 410 ait pu se séparer de l'alésage 111 ménagé dans le siège. Ceci provoque donc un retard à l'ouverture, lorsque la soupape quitte son siége, et une avance à la fermeture, lorsque la soupape revient vers son siège, de la tubulure d'admission par rapport å un fonctionnement d'une soupape Identique mais non ec;uipêe de l'élément du dispositif selon l'invention, Ceci resulte clairement de l'examen de la Figure 1 où la soupape est représente pour moitié fermée et pour moitié ouverte. L'importance de ce retard et de cette avance résulte de la hauteur h du masque annulaire. Sur la Figure 2, on suppose que le moteur fonctionne à grande vitesse. c'est-à-dire à une vitesse N supérieure à la valeur indiquée précédemment. On a représenté le dispositif selon l'invention lorsque l'élément 400 occupe son second état immobilisé. Dans ce cas, l'électro-aimant 521 est excité, il repousse alors son noyau plongeur 522 vers l'axe de la soupape, ce qui tend à engager la cheville 531, le pêne de la serrure, dans la gorge 431, la gâche, ménagée dans le fourreau 430 de l'élément 400. Lorsque le pêne est ainsi engagé dans la gâche, on voit que l'élément 400 est immobilisé, son fourreau 430 retenu dans le guide 120, et il ne peut plus suivre la soupape dans ses déplacements. Le masque annulaire est ainsi maintenu enfoncé dans le siège, escamoté, et il ne peut plus contribuer à la fermeture de la tubulure d'admission assurée par la soupape l'admission se fait de manière classique. La phase d'ouverture de la tubulure d'admission est donc plus longue que dans le cas dessiné sur la Figure 1 du fait de la suppression du retard à l'ouverture et de l'avance à la fermeture dus au masque 411. Comme on l'a indiqué précédemment. les moyens de verrouillage 500 sont équipés d'une sécurité 510 de manière que l'enclenchement du pêne dans la gà- che, l'introdruction de la cheville 531 dans la gorge 431 ne puisse s'effectuer que lorsqu'ils sont à l'aplomb l'un de l'autre, c' est-à-dire seulement quand le masque annulaire est totalement enfonce dans le siège de la soupape, alors qu'il repose contre la tette de celle-ci; le poussoir de soupape 320 suit alors la partie circulaire de la came 310 de moindre saillie. Pour ce faire, l'alimentation de l'électro-aimant est déclenchée par une sécurité constituée d'une commande électrique ou électronique non représentée, de tous types classiques asservie à la position angulaires de l'arbre à cames. Une telle commande de l electro-ai- mant est classique et on ne s y étendra pas plus longuement. Sur la variante de réalisation dessinée sur les Figures 3, 4 et 5, on utilise une électrovanne 526 comprenant, comme on le voit en particulier sur la Figure 3A, une conduite 527 de la culasse, dans laquelle débouche un canal 528 et qui est reliée du câté de sa jonction avec le canal 528, à un conduit 550. Perpendiculairement à la conduite 527 et au canal 528, se déplace un tiroir 529 qui suivant la position qu'il occupe. fonction de l'excitation de l électrovanne 526 peut clore la conduite 527 et ouvrir le canal 528 ou inversement. Le conduit 550 est fermé à l'aide d'un bouchon 551 fixé sur la culasse 100 et percé d'un évent 552, comme il est dessiné, de manière à mettre en communication fluidique le conduit 550 avec la cheville 531 qui agit à la manière d'un piston. Ce système hydraulique est rempli d'une huile de lubrification du moteur mise sous pression par un générateur approprié, non représenté, relié à la conduite 527, et recueillie dans un réservoir relié au canal 528. Lorsque le moteur tourne à petite vitesse, 1' lectrovanne 526 n'est pas excitée (Fig.3, 3A).Elle relie le conduit 550 au canal 528; à aucun moment, du fluide sous pression est injecté dans le conduit 550 qui communique avec la cheville 531 : la cheville est maintenue écartée du fourreau par le ressort. Le fourreau peut donc coulisser librement et suivre la soupape dans ses déplacements. Lorsque la vitesse du moteur augmente et franchit la valeur indiqué précédemment. situation qui correspond à celle illustrée sur les Fig.4 et 4A, l electrovanne 526 est excitée et la conduite 527 relie le conduit 550 au générateur de pression. L'huile sous pression parvient donc au conduit 550 et pousse sur la cheville 531 qui recule vers l'axe de la soupape, à l'encontre de l'effort developpé par le ressort, en direction du fourreau où elle vient s'engager dans sa gorge 431. On voit donc que dans ce cas, l'é lément 400 selon l'invention occupe son second état où il est immobilisé. Comme précédemment indiqué, une sécurité de verrouillage 511 joue son rôle. Si l'excitation de l'électrovanne est amorcée quand la came éloigne le poussoir avec sa partie saillante (Fig. 5 > , la rainure 321 dont il a été question auparavant ne met pas en communication le conduit 550 et la conduite 527. De la sorte, de l'huile sous pression ne parvient pas au conduit 550; ceci évite que la cheville 531 soit poussée contre le fourreau et frotte contre lui pendant son coulissement, avant que la gorge 431 soit à l'aplomb de la cheville. Ensuite, le fourreau immobilisé maintient le masque enfoncé dans le siège et l'ouverture et la fermeture de la tubulure d'admission s'effectuent de manière classique, comme déjà indiqué à propos de la Figure 2. On observera que dans ces deux modes de réalisation. lorsque le moteur tourne à grande vitesse, l'élément 400 est immobilisé et ainsi son inertie propre n'intervient plus dans le fonctionnement du moteur, REVENDICATIONS 1 - Dispositif de régulation de l'admission pour moteur à combustion interne à soupapes où au moins une soupape (200) coulisse alternativement pa rallèlement à sa tige 1220) dans un guide (120) pour obturer périodiquement une tubulure d'admission (140) quand sa tete (210) repose sur un siège (110) qui lui est associé, caractérisé en ce qu'il comprend un élément (400) associé à la soupape (200) et monté mobile relativement à celle-ci entre un premier état libre où il se déplace en synchronisme avec la soupape afin de maintenir momentanément obturée cette tubulure (140) alors que la tête (210) quitte son siège (110) et un second état immobilisé où il est maintenu fixe afin de ne pas contribuer à obturer cette tubulure (140). et des moyens de verrouillage (500) coopérant avec cet élément (400) et mobiles entre une première position inactive où ils laissent cet élément (400) dans son premier état libre et une seconde position active où ils retiennent cet élément (400) dans son second état immobilisé, 2 Dispositif selon la revendication 1, Ca- ractris en ce que, dans son premier état libre, cet élément (400) est appliqué élastiquement contre la tète (210) de soupape et en ce que, dans son second état immobilisé, cet élément (400) est retenu à l'encontre de cette sollicitation élastique, escamoté dans le siège (110). 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que cet élément (400) comprend un fourreau (430) creux enfilé sur la soupape entre sa tige (220) et son guide (120) de manière à pouvoir coulisser relativement à ces deux derniers, un masque annulaire (410) coaxial à la tete t210) de soupape et présentant un appui (412) pouvant reposer étroitement sur une surface (212) de la tête (210) de soupape et une portée (411) pouvant coulisser dans un alésage (111) du siège (110) et des pattes (420 > reliant ce fourreau (430) et ce masque (410). 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la hauteur axiale (h) du masque annulaire (410) est inférieure à la course maximale de la soupape (200). 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, où la soupape (210) est soumise à l'action d'un ressort de rappel (130) agissant sur une coupelle (221) fixée à la tige (220) de la soupape, caractérisé en ce que cet élément (400) est appliqué élastiquement contre la tête (210) de la soupape par un ressort (450) et en ce que ce ressort (450) est interposé entre cette coupelle (221) et l'extrémité de cet élément (400) opposée à la tête (210) de soupape. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ces moyens de verrouillage (500) comprennent une serrure (530), un actionneur (520) et une sécurité (510, 511). 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que cette serrure (530) comprend un pêne (531) porté par la culasse (100), mis en oeuvre par cet actionneur (520) et coopérant avec une gâche (431 > portée par cet élément (400). 8 - Dispositif selon la revendication 6 ou T, caractérisé en ce que cet actionneur (520) électromagnétique (520) ou électro-hydraulique (526) est commandé en fonction de la vitesse N du moteur quand cette dernière franchit une valeur prédéterminée fixée. 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que cette sécurité (510,511) fonctionne de manière que l'actionneur (520, 526) opère pendant la fermeture de la soupape (200).