Brevet FR2618485A1 — publié le 19890127

La présente invention est relative à un actionneur oléodynamique linéaire à rattrapage piloté par un moteur pas-à-pas, destiné à assurer la commande de la position axiale d'un arbre à cames à géométrie variable dans un système de distribution variable pour un moteur de véhicule automobile. I1 est connu que, du fait qu'ils sont exposés aux situations de- charge les plus diverses, les moteurs des véhicules devraient pouvoir fonctionner avec différentes valeurs caractéristiques de la distribution en réponse aux différentes conditions du régime de rotation par exemple, avec une avance à l'allumage variable, et avec différentes durées d'ouverture des soupapes d'admission et d'échappement, etc..Etant donné que, dans un moteur, ces valeurs sont déterminées par le profil des cames d-e l'arbre de commande de distribution, qui actionnent l'ouverture et la fermeture des soupapes, il a déjà été proposé des distributions variables, basées sur des arbres à cames possédant des cames à profil variable ou c'est-à-dire des cames dont le profil varie obliquement dans la direction longitudinale. I1 est évident que, en faisant déplacer en translation un arbre å cames muni de cames de cette configuration, on fait varier la position axiale du point de contact entre les cames et les soupapes qu'elles commandent et qu'on obtient ainsi qu'à chaque- position axiale de l'arbre à cames, correspond un profil circonférentiel différent de la came qui agit sur chaque soupape.Pour commander le déplacement axial de l'arbre à cames, on connait déjà des actionneurs linéaires du type hydraulique, constitués par un piston qui coulisse dans une chambre à volume-variable et qui coopère par contact direct avec une extrémité de l'arbre à cames qu'il s'agit de positionner axialement. Pour déplacer axialement cet arbre à cames, on fait entrer de l'huile sous pression dans ladite chambre à volume variable, ou en l'en fait sortir, habituellement au moyen d'une paire de distributeurs commandés par un régulateur centrifuge.L'introduction d'huile sous pression produit un déplacement axial de l'arbre à cames dans un sens prédéterminé ; la sortie d'une partie de l'huile produit une réduction de la pression dans la chambre à volume variable et un déplacement axial consécutif de l'arbre à cames (et du piston de commande de cet arbre) dans le sens inverse du sens précédent, sous l'effet de la composante axiale de la poussée qui s'exerce entre les soupa- pes et leurs cames de commande et qui varie pendant l'utilisation par suite du profil variable de ces cames. Lorsque les deux distributeurs sont fermés, la pression régnant dans la chambre à volume variable se stabilise à une valeur c-apable d'équilibrer parfaitement ladite poussée axiale qui agit sur l'arbre à cames par réaction, de sorte que e dernier reste en équilibre et est immobilisé dans une position axiale prédéterminée. D'une part, le dispositif actionneur décrit ci-dessus présente l'inconvénient de ne pas avoir une réponse rapide aux variations des conditions du régime du moteur, ceci en raison du dearé d'insensibilité du régulateur centrifuge ; d'autre part il présente un encombrement non négligeable, ainsi qu'une grande complexité de construction et, surtout il ne peut pas être commandé efficacement par une centrale électronique. Le but de l'invention est de réaliser un actionneur linéaire du type de celui décrit, c'est-à-dire actionné par de l'huile sous pression et par la poussée axiale qui agit sur l'arbre à cames, qui présente une grande rapidité de réponse aux variations des conditions de régime du moteur, un encombrement réduit et une grande simplicité de construction et qui puisse être commandé par une centrale électronique. Ce but est atteint par l'invention, qui est relative à un actionneur linéaire piloté pour la commande de la position axiale d'un arbre à cames à géométrie variable, caractérisé en ce qu'il comprend : un piston, qui est monté pour coulisser à joint étanche aux fluides à l'intérieur d'une chambre à volume variable délimitée axialement par une Dremière face dudit piston, et qui est apte à coopérer frontalement, par sa deuxième face, opposée à la première, et sous la poussée de la pression qui agit sur cette deuxième face, avec une extrémité dudit arbre à cames pour pousser axialement ce dernier un tiroir logé pour coulisser axialement et à l'intérieur dudit piston, relativement à ce piston et coaxialement à celui-ci, et apte à prendre sélectivement trois positions- axiales différentes par rapport à ce piston, dans une première desquelles, qui est la plus proche de ladite deuxième face du piston, il relie ladite chambre à une source d'huile sous pression, tandis que, dans une deuxième de ces positions, qui est intermédiaire entre les deux autres, ce tiroir maintient ladite chambre fermée à joint étanche aux fluides et que, dans une troisième de ces positions-, qui est la plus proche de la première face du piston, le tiroir relie cette chambre à une décharge ; un moteur électrique pas-å-pas et des moyens de transmission servant à produire le déplacement dudit tiroir par rapport audit piston, vers lesdites première et troisième positions axiales à la suite de l'actionnement dudit moteur, respectivement dans un premier sens et dans un deuxième sens prédéterminés et inverses l'un de l'autre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, d'un exemple de réalisation et en se référant au dessin annexé qui montre une vue en coupe longitudinale d'un actionneur réalisé selon l'invention et monté coaxialement à un arbre à cames d'un moteur à combustion interne. Sur le dessin annexé, on a indiqué en 1 un ar bre à cames à profil variable, connu et dont on a seulement représenté une extrémité 2 pour simplifier, destiné à commander la distribution d'un moteur à combustion interne, lui aussi de type connu et dont on a représenté, pour simplifier et dans un but purement illustratif, en traits interrompus, la culasse 3 qui renferme l'arbre 1 et qui supporte extérieurement et en porte-à-faux un actionneur électro-hydraulique 4. Ce dernier comprend un moteur électrique pas-à-pas 5 de type connu, par lequel il est piloté d'une façon qui sera indiquée plus bas, de sorte qu'il peut être commandé au moyen d'impulsions électriques, par exemple, par l'intermédiaire d'une centrale électronique connue et qu'on a omis de représenter pour simplifier.Cette centrale prend en compte les différentes variables du fonctionnement du moteur, pour déterminer la position axiale correcte que l'on doit faire prendre à l'arbre 2. t'actionneur 4 comPrend en outre un piston 6 qui est monté pour coulisser à joint étanche aux fluides à l'intérieur d'une chambre à volume variable 7 apte à rester en permanence remDlie d'un fluide sous pression, par exemple d'huile, et qui est délimitée axialement par une première face 8 du piston 6. Ce piston est apte à coopérer en position frontale, par sa deuxième face 9 opposée à la face 8, et sous la poussée de la pression qui agit sur cette face 8, avec l'extrémi- té 2 de l'arbre à cames 1, pour pousser ce dernier axialement en sens inverse de la force axiale F qui agit sur cet arbre en utilisation et qui est due à la composante axiale de la poussée modifiée qui s'exerce entre les cames et les soupapes commandées par ces cames, en raison du profil, oblique dans la direction axiale, des cames de l'arbre 1 qui sont justement à profil variable. Un tiroir cylindrique 10 est logé pour coulisser axialement à l'intérieur du piston 6 relativement à ce piston et coaxialement à celui-ci.Ce tiroir peut prendresélective- ment trois positions axiales différentes par rapport au piston, dont on a représenté une seule pour simplifier le dessin. Dans une première de ces positions, qui est la plus rapprochéede la deuxième face 9 du piston 6, ou qui est déplacée d'une certaine distance vers l'arbre 1 par rapport au dessin, le tiroir 10 relie la chambre 7 à une source d'huile sous pression, constituée par exem ple, par le circuit de lubrification du moteur. Dans une deuxième de ces positions, qui est représentée sur le dessin annexé et qui est intermédiaire entre les deux autres positions précitées, le tiroir 10 maintient la chambre 7 fermée à joint étanche aux fluides.Finalement, dans une troisième desdites trois positions, qui est la plus proche de la première face 8 du piston 6, c'est-à- dire qui est déplacée d'une certaine distance vers le moteur 5, par rapDort au dessin annexé, le tiroir 10 relie la chambre 7 à une décharge, par exemple, -au carter d'huile du moteur ou, de toute façon, à un réservoir dans lequel le fluide sous pression contenu dans la chambre 7 peut se décharger.Finalement, l'actionneur 4 comprend en outre des moyens de transmission destinés à produire mécaniquement le déplacement axial du tiroir 10 par rapport au piston 6 vers la première et la troisième des positions axiales précitées lorsque le moteur 5 est actionné, respectivement dans un premier et dans un deuxième sens prédéterminés, inverses l'un de l'autre, qui sont indiqués par les flèches sur le dessin annexé ces moyens de transmission consistent en un couple visécrou 11 de type connu, et en une protubérance transversale 12 qui fait saillie radialement en porte-à-faux sur une première extrémité 13 du tiroir 10, qui est proche du moteur 5 et du couple 11, et qui coulisse dans une paire de guides longitudinaux fixes 14, solidaires dumo- teur 5, disposés parallèlement au tiroir 10 et aptes à empêcher ce dernier de tourner autour de son axe longitudinal. Le piston 6 est logé et coulisse dans un élé ment cylindrique creux ou bottier 16, et il présente sensiblement la forme d'un H en section radiale, de manière à définir dans l'élément 16, d'une part, du côté de la culasse 3, une chambre de décharge 18 mise sensiblement à la pression ambiante et délimitée vers le piston 6 par la face 9, d'autre part, une chambre de réserve d'huile sous pression reliée à ladite source d'huile sous pression et définie par une gorge annulaire extérieure 19 du piston 6, formée entre les faces 8 et 9, et, finalement, ladite chambre à volume variable 7, en combinaison avec un élément de fermeture- 20 de l'élément 16. Cet élément 20 est appliqué coaxialement contre l'élément 16, et il supporte extérieurement le moteur 5 et renferme intérieurement l'extrémité 13 du tiroir 10 qui y coulisse axialement, ainsi que les guides 14 et le couple 11.En particulier, les éléments 16 et 20 sont fixés l'un à l'autre et contre la culasse 3 par des vis 21 et des garnitures d'étanchéité respectives, coaxiales entre elles, au moteur 5 et à l'arbre 1. En outre, l'extrémité 13 du tiroir 10 pénètre à l'intérieur de l'élément 20, dont la cavité intérieure ne contient pas d'huile sous pression, en traversant, à coulissement et à joint étanche aux fluides un bouchon 23 prévu pour isoler la cavité intérieure dudit élément de fermeture 20 de ladite chambre à volume variable 7. Les guides longitudinaux 14 précités sont de préférence venus d'une seule pièce avec le bouchon 23 et, en s'appuyant contre une face du moteur 5, ils maintiennent le bouchon 23 bloqué dans un logement 24, en résistant à la poussée de la pression exercée par l'huile dans la chambre 7. Selon une forme préférée de réalisation de l'invention, le tiroir 10 est monté pour coulisser, par sa deuxième extrémité 25 qui est à l'opposé de l'extrémité 13, et qui est de plus grand diamètre que celle-ci, dans un alésage traversant 26 formé à l'intérieur d'un deuxième tiroir tubulaire 27. A son tour, ce tiroir 27 est monté fou et à joint étanche aux fluides, en partie avec interposition d'un collet tubulaire en porte-à-faux 28 de l'extrémité 2 de l'arbre 1, à l'intérieur d'un alésage axial 29 formé à travers le piston 6. Le deuxième tiroir 27 comprend une extrémité cylindrique 30 de plus grand diamètre, qui est logée à l'intérieur de la chambre 7, dans un évidement frontal 31 de la face 8 du piston 6, et en butée contre ce piston, et qui reçoit avec ce piston, la Doussée de l'huile sous pression qui est présente dans la chambre 7.Le tiroir 7 présente en outre une cavité intérieure 32 qui fait partie intégrante de l'alésage 26, qui est de plus grand diamètre que ce dernier, adjacente à l'extrémité 30 et traversée par le tiroir 10. Le tiroir 27 présente un passage ou trou transversal traversant 34.qui passe à travers une extrémité terminale 35 du deuxième tiroir 27, qui est à l'op- posé de l'extrémité 30 de Dlus grand diamètre. Au droit de cette extrémité 35, l'alésage 26 est de préférence fermé tar un bouchon 36 ; le passage 34 relie l'intérieur de l'alésage 26 à une série de conduits 37 formés en partie à travers le piston 6 et en partie à travers le collet tubulaire 28 et qui débouchent dans la chambre de décharge 18. L'extrémité 25 du premier tiroir 10 est conformée de manière à maintenir ledit passage transversal ou trou 34 fermé lorsque le tiroir 10 se trouve dans la première ou dans la deuxième position, de manière à démasquer ce passage ou trou lorsque le tiroir 10 se trouve dans la troisième position précitée. L'extrémité 25 présente en outre, vers l'extrémité 13, une arête de fermeture 40 apte à maintenir la cavité 32 fermée à joint étanche aux fluides vers 11 extrémité de grand diamètre 30 du tiroir 27 lorsque le tiroir 10 se trouve dans la deuxième ou la troisième position et apte à définir avec l'alésage traversant 26 du tiroir 27 une lumière de communication entre la cavité 32 et la chambre 37 lorsque le tiroir 10 se trouve dans ladite première posi tion.Finalement, le tiroir 27 est encore muni d'autres conduits transversaux 42 qui relient la cavité 32 à l'intérieur de la gorge annulaire extérieure 19 du piston 6 à travers un trou oblique 43 formé dans ce piston. Le tiroir 10 est en outre muni intérieurement d'un trou axial 45 formé de manière à déboucher dans l'alésage traversant intérieur 26 du tiroir 27 ainsi que d'au moins un trou radial 46 (de deux trous 46 opposés et coaxiaux dans l'exemple représenté) pratiqué à travers l'extrémité 13 dans une position appropriée pour mettre le trou axial 45 en communication permanente avec la chambre 7. Finalement, pour des raisons de soutien mécanique, l'extrémité du tiroir 27 est de préférence montée à coulissement dans l'extrémité 2 de l'arbre à cames. En utilisation, selon les conditions de régime du moteur, la centrale non représentée actionne le moteur 5 dans un sens prédéterminé et lorsque cela est nécessaire. En tournant dans le sens des aiguilles dune montre, le moteur visse le couple 11 et entrain ainsi le tiroir 1Q vers le bouchon 23, pour lui faire prendre la troisième position axiale prédéterminée, tandis que, lorsqu'il tourne dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une montre, il dévisse le couple 11 en repoussant le tiroir 10 vers l'arbre 1, pour le placer dans la première position axiale précitée.En conséquence, lorsque la centrale considère comme nécessaire de déplacer l'arbre à cames vers la droite (par rapport au dessin annexé), elle fait tourner le moteur 5 de manière à déplacer le tiroir 10 vers la droite d'une distance apro- priée pour placer l'arête 40 à l'intérieur de la cavité 32 et pour mettre ainsi cette cavité. en communication avec la chambre 7 en démasquant une lumière de passage entre l'arête 40 et l'arête correspondante définie du côté de l'extrémité 30 de l'élargissement de l'alésage 26 formé dans la cavité 32. De l'huile sous pression entre par conséquent dans la chambre 7, en augmentant ainsi la pression régnant dans cette chambre et en exerçant de cette façon sur le piston 6 une force supérieure à la force axiale F. Par conséquent, le piston 6 et, avec lui, l'arbre 1 se déplacent vers la droite.Toutefois, pendant ce mouvement, le tiroir 10 reste immobilisé ou, de toute façon, il se déplace à une vitesse différente, qui est uniquement fonction de la translation imposée par la rotation du moteur 5. En conséquence, il se produit un déplacement relatif entre l'ensemble composé du piston 6 et du tiroir 27, lequel se déplace solidairement avec ce piston, et le tiroir 10, ce qui referme la lumière qui était précédemment ouverte, et stabilise l'arbre 1 dans la position désirée. On peut faire avancer l'arbre à cames plus loin en maintenant le moteur 5 en rotation.Pour faire déplacer au contraire l'arbre 1 vers la gaucher il suffit de déplacer en translation vers la gauche le tiroir 10, en démasquant ainsi le trou 34. t ce moment, l'huile sous pression qui se trouve dans la chambre 7 peut s'écouler én partie dans la chambre de décharge 18 à travers les trous 46, le trou axial 45 et l'alésage 26, ainsi que par les conduits 37, en faisant ainsi diminuer la pression dans la chambre 7, de sorte que la force axiale F devient supérieure à la poussée qui est exercée par l'huile sur la face 8, et qu'elle produit un déplacement du groupe piston 6, arbre 1, tiroir 27, vers la gauche.On obtient donc, de même que dans le cas du déplacement vers la droite, un déplacement relatif entre le tiroir 27 et le tiroir 10, déplacement qui provoque la fermeture du trou 34 et l'arrêt correspondant de la décharge de l'huile hors de la chambre 7, de sorte que l'arbre 1 s'arrête dès qu'il a atteint une nouvelle position d'équilibre entre la poussée de l'huile restée dans la chambre-7 et la force axiale F. Les avantages liés au dispositif actionneur selon l'invention ressortent de façon évidente de ce qui a été décrit ci-dessus. Ce dispositif est d'une réalisa tion et d'un montage simples et il est d'un encombrement limité ; en même temps, il assure une intervention rapide et précise. Le moteur 5 étant du type pas-à-pas, il est en effet évident que l'on peut obtenir un positionnement axial micrométrique du tiroir 10 et un positionnement axial tout aussi précis de l'ensemble de l'arbre 1. En outre, même en cas de détérioration de l'actionneur, le moteur peut continuer à fonctionner puisque l'actionneur lui-même, du fait de sa structure, rattrape automatiquement une position d'équilibre et que, dans cette position, il positionne l'arbre 1 de façon stable. Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Actionneur linéaire piloté pour la commande de la position axiale d'un arbre à cames à géométrie variable, caractérisé en ce qu'il comprend : un piston (6) qui est monté pour coulisser à joint étanche aux fluides à l'intérieur d'une chambre à volume variable (7) délimitée axialement par une première face (8) dudit piston, et qui est apte à coopérer frontalement, par sa deuxième face (9), opposée à la première face (8), et sous la poussée de la pression qui agit sur cette deuxième face, avec une extrémité (2) dudit arbre à cames (1) pour pousser axialement ce dernier, un tiroir (10) logé pour coulisser axialement à l'intérieur dudit piston (6), relativement à ce piston et coaxialement à celui-ci, et apte à prendre sélectivement trois positions axiales différentes par rapport à ce piston, dans une première desquelles, qui est la plus proche de ladite deuxième face (9) du piston (6), il relie ladite chambre (7) à une source d'huile sous pression tandis que, dans une deuxième de ces positions, qui est intermédiaire entre les deux autres, ce tiroir (10) maintient ladite chambre (7) fermée à joint étanche aux fluides et que, dans une troisième desdites positions, qui est la plus proche de ladite première face (8) du piston, le tiroir (10) relie ladite chambre (7) à une décharge ; un moteur électrique pas-àpas (5) et des moyens de transmission (11) servant à produire le déplacement dudit tiroir (10) par rapport audit piston (6) vers lesdites première et troisième positions axiales à la suite de l'actionnement dudit moteur, respectivement dans un premier sens et dans un deuxième sens prédéterminés et inverses l'un de l'autre. 2 - Actionneur linéaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit piston (6) est monté pour coulisser à l'intérieur d'un élément cylindrique creux (16) et qu'il présente en section radiale sensiblement la forme d'un H de manière à définir, à l'intérieur dudit élément cylindrique creux (16) une chambre de décharge (18) qui est sensiblement à la pression ambiante, et qui est délimitée, par ladite deuxième face (9) dans le sens allant vers le piston (6), une chambre de réserve d'huile sous pression, définie par une gorge annulaire extérieure (19) dudit piston (6) formée entre ladite première face (8) et ladite deuxième face (9) de ce piston, et ladite chambre à volume variable (7) formée en combinaison avec un élément de fermeture (20) dudit élément cylindrique creux (16) qui est monté coaxialement contre celui-ci, cet élément de fermeture supportant extérieurement ledit moteur pas-à-pas (5) tandis qu'il renferme sa cavité intérieure une première extrémité dudit tiroir (10), qui y coulisse, ainsi que lesdits moyens de transmission (11), ladite première extrémité (13) du tiroir (10) traversant, à joint étanche aux fluides et en y coulissant un bouchon (23) monté pour isoler la cavité intérieure dudit élément de fermeture (20) de ladite chambre à volume variable (16). 3 - Actionneur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit bouchon (23) comprend deux guides longitudinaux (14) qui sont en prise avec possibilité de coulissement, avec une saillie transversale de ladite extrémité (13) du tiroir (10) et sont aptes à empêcher ce dernier de tourner autour de son axe longitudinal, lesdits moyens de transmission (11) qui relient ledit moteur pas-à-pas (5) audit tiroir (10) comprenant un accouplement à vis-écrou. 4 - Actionneur selon une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'une deuxième extrémité (25) du tiroir (10), qui est à l'opposé de ladite première extrémité (13) de ce tiroir, est de plus grand diamètre et est montée pour coulisser à l'intérieur d'un logement traversant formé à l'intérieur d'un deuxième tiroir tubulaire (27), lequel est à son tour monté libre et à joint étanche aux fluides à l'intérieur d'un alésage axial formé à travers ledit piston (6), ledit deuxie- me tiroir (27) comprenant une extrémité cylindrique (30) de plus grand diamètre, qui est logée dans ladite chambre à volume variable (7), dans un évidement frontal (31) de ladite première face (8) du piston (6), en butée contre ce piston, et est apte à recevoir avec ce dernier la poussée de l'huile sous pression présente dans la chambre (7), une cavité intérieure (32) de grand diamètre qui fait partie dudit alésage traversant (26), laquelle cavité est adjacente à ladite deuxième extrémité cylindrique (25) du premier tiroir (10) et traversée par ce premier tiroir, et un passage transversal (34) formé de part en part à travers une extrémité terminale (35) dudit deuxième tiroir (27) qui est à l'opposé de ladite extrémité cylindrique de grand diamètre (30) de ce tiroir, lequel passage relie ledit alésage traversant (26) formé à travers le deuxième tiroir (27) à une série de conduits (37) formés en partie à travers ledit piston (6) et qui débouchent dans ladite chambre de décharge (18) et ladite deuxième extrémité (25) dudit premier tiroir (10) étant conformée de manière à maintenir ledit passaqe transversal (34) dudit deuxième tiroir (27) fermé dans lesdites première et deuxième positions et à démasquer ce passage dans ladite troisième position, et présentant une arête de fermeture (40) apte à maintenir fermée à joint étanche aux fluides ladite cavité (32) de grand diamètre du deuxième tiroir (27) vers ladite extrémité de grand diamètre (30) de ce même tiroir (27) dans lesdites deuxième et troisième positions et apte à définir avec ledit alésage traversant (26) du deuxième tiroir (27) une lumière de communication entre ladite cavité de grand diamètre (32) de ce deuxième tiroir (27) et ladite chambre à volume variable (7) dans ladite première position, ledit deuxième tiroir (27) étant en outre muni de deuxièmes conduits transversaux (42) qui relient ladite cavité intérieure (32) de grand diamètre de ce tiroir (27) au volume intérieur de ladite gorge annulaire extérieure (19) du piston (6). 5 - Actionneur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit premier tiroir (10) est muni intérieurement d'un trou axial (45) formé de manière à déboucher pour communiquer avec ledit alésage traversant intérieur (26) dudit deuxième tiroir (27), ainsi que d'au moins un trou radial (46) pratiqué à travers ladite première extrémité (13) du premier tiroir (10) dans une position appropriée pour mettre ledit trou axial (45) dudit premier tiroir (10) en communication avec ladite chambre à volume variable (7). 6 - Actionneur selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que l'extrémité terminale dudit deuxième tiroir (27) est montée pour coell.;s- ser à l'intérieur de ladite extrémité (2) dudit arbre à cames (