Brevet FR2624911A1 — publié le 19890623

Dispositif d'actionnement pour soupape de moteur La présente invention concerne les dispositifs d'actionnement des soupapes des moteurs à combustion interne à piston alternatif. Il est connu, d'après les mémoires de brevet britannique 2.107.393 B et 1. 578.019, d'ouvrir une soupape d'admission ou d'échappement d'un moteur à allumage par étincelle ou d'un moteur à allumage par compres- sion en utilisant une pression hydraulique qui est appliquée sur un piston, ce piston provoquant un déplacement de la soupape à l'encontre du ressort de soupape. L'application de la pression hydraulique sur le piston ou élément analogue s'effectue à l'aide d'une électrovanne qui se trouve sous le contr8le d'un dispositif électronique de régulation. La fermeture de la soupape du moteur s'effectue en fermant cette électrovanne et en en ouvrant une autre, ce qui permet au ressort de soupape de déplacer la soupape vers la position fermée, déplacement pendant lequel le piston est aussi déplacé. Un tel dispositif d'actionnement permet de faire varier le déroulement dans le temps du fonctionnement des soupapes de façon à s'adapter aux conditions requises particulières de fonctionnement du moteur. Pour ouvrir une soupape de moteur, la force exercée sur le piston par la pression hydraulique doit être suffisante pour vaincre la force appliquée par le ressort de soupape, toute force éventuelle agissant sur la soupape du fait de la pression régnant à l'intérieur du cylindre du moteur, et les forces d'inertie. Une fois que l'électrovanne a commencé de s'ou- vrir, la force nécessaire pour déplacer la soupape vers sa position entièrement ouverte va diminuer. Si la force initiale se maintient, la soupape va atteindre, au cours de son déplacement, une vitesse trop élevée et, bien que la vitesse de la soupape puisse faire l'objet d'une régula- tion, le volume de liquide utilisé pour déplacer cette soupape jusqu'à la position ouverte sera celui nécessaire pour assurer la translation du piston et il ne sera pratiquement pas influencé par la vitesse de déplace- ment de la soupape. 306 La présente invention a pour but de fournir un dispositif d'ac- tionnement pour soupape de moteur se présentant sous une forme simple et pratique. 262 4 911 - 2- A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'actionne- ment pour soupape de moteur, caractérisé en ce qu'il comprend un mécanisme à commande par pression de fluide qui présente une première et une seconde surfaces qui peuvent être exposées à une pression de fluide sous l'action de moyens du type électrovanne, ce mécanisme comportant un organe de sortie solidaire, de façon à coopérer avec elle, d'une soupape de moteur qui est repoussée par un ressort vers une position fermée, la pression de fluide agissant sur la première et la seconde surfaces provoquant un déplacement de l'organe de sortie de manière à assurer le déplacement initial de la in soupape à l'encontre de l'action du ressort, ce mécanisme étant en outre agencé de façon que, après ce déplacement initial, la soupape soit déplacée vers la position ouverte sous l'action de la pression de fluide appliquée sur l'une seulement desdites surfaces. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressorti- ront de la description qui va suivre à titre d'exemples non limitatifs et en regard du dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif conforme à l'invention et la figure 2 représente une variante de ce dispositif de la figure 1. Si on se reporte à la figure 1, on y voit une partie d'une culasse de moteur 9 comportant deux soupapes indiquées par la référence 10, ces soupapes étant les soupapes d'échappement d'un cylindre d'un moteur à quatre soupapes par cylindre. Ces soupapes 10 sont repoussées vers la position fermée par des ressorts classiques de soupape 12 et elles peuvent être déplacées vers la position ouverte à l'aide d'un mécanisme à commande par pression de fluide 13 qui va être décrit de manière plus détaillée. Un fluide sous pression peut être fourni à ce mécanisme 13 au moyen d'une électrovanne 14 qui est une électrovanne fermée au repos et il lui est permis de s'échapper de ce mécanisme au moyen d'une électrovanne 15 qui est une électrovanne ouverte au repos. Le fluide s'échappant du mécanisme s'écoule vers une bâche et ce fluide est un liquide qui est mis sous pression par une pompe 16 entra!née par le moteur. Le mécanisme 13 comprend un corps de cylindre 17 dans lequel est ménagé un cylindre étagé 18. Ce corps de cylindre comporte deux pattes 19 262 4 9 11 - 3 - qui portent des tiges filetées 20 ayant la m&me orientation que les queues 21 des soupapes. Ces pattes sont évidées afin de recevoir les extrémités des queues de soupape. Un ergot 22 à collerette extérieure, qui est monté dans la culasse du moteur, s'étend dans le cylindre 18 et se trouve en contact coulissant avec la partie la plus étroite de ce cylindre. Cet ergot présente un percçage axial de régulation 22B et des percçages transversaux 22A qui débouchent dans une partie intermédiaire du cylindre, tandis qu'il est prévu, coulissant dans la partie la plus large du cylindre, une pièce annulaire 23 qui, dans la position fermée des soupapes, est en butée sur l'épaulement adjacent du cylindre et sur un épaulement ménagé sur l'ergot 22. Une pièce de butée 24, qui est fixée sur les pattes 19 du corps de cylindre au moyen d'écrous vissés sur les tiges filetées 20, présente une collerette annulaire de butée 25 située à une certaine distance de l'ergot vers l'extérieur et, dans la position fermée de la soupape, elle est située à une certaine distance de la pièce annulaire 23 dans le sens axial. En fonctionnement, lorsqu'il est nécessaire d'ouvrir les soupapes , on ferme l'électrovanne 15 et on ouvre l'électrovanne 14 en envoyant du courant électrique sur les bobines de solénoïde respectives associées à ces électrovannes. Du fluide sous pression est envoyé au mécanisme et agit sur une première surface offerte par la paroi d'extrémité du cylindre 18 et, par l'intermédiaire des perçages transversaux 22A, sur une seconde surface qui est offerte par les épaulements prévus dans le cylindre. La force exercée par la pression de fluide agissant sur ces deux surfaces provoque un déplacement des soupapes 10 à l'encontre de l'action des ressorts 12. La pression agissant sur la pièce annulaire 23 la repousse contre l'épaulement ménagé sur l'ergot 22. Une fois que le jeu existant entre cette pièce 23 et la colleret- te de butée 25 a été rattrapé, la pression de fluide agissant sur la seconde surface indiquée ne peut plus déplacer le corps de cylindre et la poursuite du déplacement d'ouverture des soupapes 10 n'est due qu'à la pression de fluide agissant sur la première surface. Pendant la poursuite du déplacement des soupapes et du corps de cylindre, la pièce annulaire se déplace avec ce corps de cylindre. 2624 9 1 1 -4- Pendant le déplacement du corps de cylindre avant que le jeu indiqué n'ait été rattrapé, il se crée une force notable qui est plus que suffisante pour ouvrir les soupapes, à l'encontre de la pression qui règne dans le cylindre du moteur et des forces exercées par les ressorts des soupapes, et pour accélérer ces soupapes. Lorsque le contact est établi entre la collerette de butée 25 et la pièce annulaire 23, cette force diminue et l'accélération diminue aussi. Par ailleurs, la consommation de liquide pour un déplacement donné des soupapes diminue. La levée des soupapes est déterminée par le temps pendant lequel l'électrovanne 14 est ouverte. Le débit de courant vers les bobines de solénoïde des électrovannes 14 et 15 est régulé par un dispositif électro- nique de régulation qui est commandé par la position du vilebrequin du moteur et peut être commandé par d'autres paramètres de fonctionnement du moteur. Lorsque l'électrovanne 14 est fermée, il se crée un verrouillage hydraulique qui empêche un déplacement supplémentaire des soupapes. On peut utiliser un transducteur de déplacement pour réguler la levée des soupapes et pour régler la durée d'ouverture de l'électrovanne 14. Un clapet antire- tour 14A est monté en parallèle sur l'électrovanne 14 et peut s'ouvrir afin de délester l'excès de pression qui peut se développer dans le dispositif, dans le cas par exemple o le piston du moteur vient heurter les soupapes. Lorsqu'il convient de fermer les soupapes, l'électrovanne 15 est mise hors tension afin de permettre au fluide de s'échapper du cylindre du dispositif. Le débit initial de fluide avant que la pièce annulaire 23 ne vienne au contact de l'épaulement prévu sur l'ergot est faible et par conséquent les soupapes se déplacent rapidement vers leur position fermée. En revanche, lorsque la pièce annulaire 23 est au contact de l'épaulement de l'ergot, le débit du liquide s'accroît et cela ralentit le déplacement des soupapes vers leurs sièges. Cela participe à rendre minimal le rebon- dissement des soupapes et l'endommagement des sièges. Pendant les séquences à la fois d'ouverture et de fermeture, il est possible de réaliser une régulation de la vitesse de déplacement des soupapes en envoyant des impulsions aux électrovannes 14 et 15. En fait, il s'est avéré nécessaire, pendant la séquence d'ouverture des soupapes, de réguler le déplacement de ces soupapes avant qu'un levée maximale soit atteinte, étant donné qu'on a constaté qu'une simple fermeture de l'élec- -5- trovanne 14 lorsque la levée voulue a été obtenue fait se produire une cavitation du liquide. L'envoi d'impulsions sur l'électrovanne 14 peut assurer le degré nécessaire de régulation, mais un tel envoi d'impulsions exige de très courtes largeurs d'impulsion qui peuvent être difficiles à maintenir sur toute la durée de service du dispositif. En variante à l'envoi d'impulsions, il est possible d'étrangler le débit grâce à l'utili- sation de l'électrovanne 14 comme organe d'étranglement de débit, en abaissant progressivement le débit de courant dans sa bobine de solénoïde. Toutefois, cela exige, là encore, une régulation très soigneuse et la l1 meilleure solution semble être de prévoir un amortisseur. La figure 2 représente une partie du dispositif représenté à la figure 1, mais dans lequel il est prévu un amortisseur qui se présente sous la forme d'un piston 26 pouvant coulisser dans un cylindre 27 à partir duquel s'étend un passage contenant un étranglement 28, ce passage condui- sant à une bâche. Du liquide peut être envoyé au cylindre à partir de la source de liquide sous pression, par l'intermédiaire d'un clapet antiretour 29. L'agencement est tel que, lorsque le corps de cylindre 17 s'approche de sa course maximale, il vient au contact d'une partie réduite d'extrémité du piston 26 qui amortit le déplacement final du corps de cylindre et par conséquent des soupapes. Outre le fait qu'il permet de faire varier le déroulement dans le temps du fonctionnement des soupapes du moteur, le dispositif décrit permet aussi l'utilisation de ressorts de soupape moins puissants, étant donné que la masse des parties mobiles associées aux soupapes est considé- rablement réduite. On comprendra bien entendu que, bien que le dispositif ait été décrit comme étant appliqué au fonctionnement de deux soupapes d'un cylin- dre à quatre soupapes, il peut tout aussi bien s'appliquer au fonctionne- ment d'une soupape d'échappement unique ou de la ou des soupapes d'admis- sion. La capacité de modifier le déroulement dans le temps du fonction- nement des soupapes peut s'utiliser au cours d'un sur-régime du moteur, en vue d'accroître l'effet de freinage fourni par le moteur. C'est ainsi par exemple que, si la ou les soupapes d'échappement s'ouvrent au point mort haut, l'effet de frein moteur est accru, étant donné qu'il n'existe pas de - 6 - récupération d'énergie pendant la course du piston du moteur vers le bas. Il s'est avéré que les soupapes d'échappement peuvent &tre ouvertes d'une faible valeur, jusqu'à 90 , avant le point mort haut. La pression qui croit dans le cylindre du moteur au fur et à mesure que le piston continue de se déplacer vers le haut va fermer la ou les soupapes d'échappement à l'encontre de l'élasticité offerte par le fluide se trowuvant dans le dispositif d'actionnement. Lorsque le piston passe par le point mort haut et que la pression du cylindre commence à chuter, la ou les soupapes se réouvrent et la pression du cylindre chute. Il est aussi possible, en vue d'accrottre l'effet de frein moteur, de faire fonctionner un moteur à quatre temps dans le mode à deux temps. On peut faire varier la levée de la ou des soupapes du moteur et, dans le cas de la soupape d'admission, on peut faire s'ouvrir celle-ci partiellement de façon à accroître la vitesse de l'air d'un c8té à l'autre du siège de soupape, ce qui améliore ainsi la turbulence dans le cylindre du moteur. Dans le cas d'un moteur à allumage par étincelle, on peut utiliser l'ouverture partielle des soupapes d'admission du moteur pour remplacer l'action du papillon normal des gaz qui assure la régulation du débit d'air ou d'air/carburant vers le cylindre. Dans le cas d'un moteur à suralimentation par turbocompresseur, il est possible d'ouvrir les soupapes d'échappement du moteur plus t8t qu'à l'accoutumée afin d'accroître l'énergie fournie au turbocompresseur de suralimentation. Cela peut favoriser la réduction du "retard turbo" dans un tel moteur. -7 - REVENDICATIONS 1. Dispositif d'actionnement pour soupape de moteur, caractérisé en ce qu'elle comprend un mécanisme à commande par pression de fluide (13) qui présente une première et une seconde surfaces qui peuvent être exposées à une pression de fluide sous l'action de moyens du type électrovanne (14- 15), ce mécanisme (13) comportant un organe de sortie (17) solidaire, de façon à coopérer avec elle, d'une soupape de moteur (10) qui est repoussée par un ressort (12) vers une position fermée, la pression de fluide agis- sant sur la première et la seconde surfaces provoquant un déplacement de l'organe de sortie (17) de manière à assurer le déplacement initial de la soupape (10) à l'encontre de l'action du ressort (12), ce mécanisme (13) étant en outre agencé de façon que, après ce déplacement initial, la soupape (10) soit déplacée vers la position ouverte sous l'action de la pression de fluide appliquée sur l'une seulement desdites surfaces. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de sortie (17) présente un cylindre étagé (18), un ergot (22) disposé de façon coulissante dans la partie intérieure et la plus étroite de ce cylindre (18), cet ergot (22) étant fixé à la culasse (9) du moteur, l'extrémité intérieure du cylindre (18) offrant ladite première surface, une pièce annulaire (23) montée de façon coulissante autour de l'ergot (22) et pouvant coulisser à l'intérieur de la partie extérieure et la plus large du cylindre (18), des moyens formant passage (22A-22B) destinés à faire passer du liquide vers l'extrémité intérieure et une partie intermédiaire du cylindre (18) et à partir de celles-ci, un épaulement ménagé sur l'ergot (22) et sur lequel la pièce annulaire (23) repose dans la position fermée de la soupape, et un moyen formant butée (25) porté par l'organe de sortie (17) et pouvant venir au contact de la pièce annulaire (23) après le déplacement initial de la soupape (10). 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen formant butée (25) est constitué par une collerette de butée (25) qui s'étend au-dessus de l'extrémité la plus large du cylindre. -8- 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens formant passage (22A-22B) comprennent un passage axial (22B) ménagé dans l'ergot (22) et des perçages transversaux ménagés dans l'ergot (22) et reliant le passage axial (22B) à la partie intermédiaire du cylindre (18). 5. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la partie intermédiaire du cylindre (18) délimite un espace annulaire autour de l'ergot (22). 6. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une première et une seconde électrovannes (14, 15) destinées à assurer la régulation du débit de liquide à travers les moyens formant passage (22A-22B), la première électrovanne (14) étant une électrovanne fermée au repos, qui s'ouvre de façon à permettre un écoulement de liquide d'une source de liquide sous pression (16) vers les moyens formant passage (22A-22B) et la seconde électrovanne (15) étant une électrovanne ouverte au repos, qui permet un écoulement de liquide de ces moyens formant passage (22A-22B) vers une bâche. 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'amortissement (26-27-28-29) servant à amortir le déplacement final de la soupape (10) en direction de sa position ouverte. 8. Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens d'amortissement (26-27-28-29) sont constitués par un piston (26) pouvant coulisser dans un cylindre (27), une sortie étranglée (28) partant de ce cylindre (27) et un clapet antiretour (29) à travers lequel du liquide peut être envoyé au cylindre (27) à partir d'une source de liquide sous pression.