Brevet FR2678330A1 — publié le 19921231

L'invention concerne un dispositif pour arbre à cames comprenant au moins une came pouvant être désactivée, disposée sur un arbre à cames, à laquelle est associé un ac- couplement pouvant être actionné hydrauliquement pour établir ou annuler au choix une liaison avec l'arbre à cames de façon solidaire en rotation Des dispositifs pour arbre à cames de ce genre offrent une série d'avantages, car ils permettent d'activer ou de maintenir fermées en permanence des soupapes d'admission ou d'échappement en fonction des conditions données de fonctionnement du moteur, en activant ou en désactivant la came respective associée à ces soupapes Ainsi il peut être utile, dans le cas de moteurs à deux soupapes d'admission auxquelles sont associées, en vue de leur ouverture, des cames présentant des temps différents d'ouver- ture des soupapes, d'activer les deux soupapes d'admission d'échange des gaz uniquement aux régimes élevés du moteur, mais de maintenir l'une des deux soupapes fermée en perma- nence aux bas régimes, pendant que la soupape restée active continue d'être actionnée par la came associée à cette soupape, dont la réalisation a été optimisée pour les faibles régimes Un autre cas d'application d'une telle configuration d'arbre à cames du genre mentionné se trouve dans un moteur à combustion interne permettant la coupure d'un cylindre Si toutes les soupapes d'admission de la chambre de combustion concernée sont maintenues fermées, grâce à une désactivation de leurs cames associées, la désactivation étant présélec- tionnée manuellement par le conducteur d'un véhicule par exemple, le moteur à combustion interne fonctionne, en plage de charge partielle, sur une partie seulement de ses chambres de combustion (marche économique). Des dispositifs pour arbres à cames du genre cité, comprenant au moins une came pouvant être désactivée, sont connues; voir par exemple DE-OS-39 20 938, FO O L 1/04. Ces constructions connues fonctionnent avec des manchons axialement mobiles sur l'arbre à cames, en fonction de la pression d'un fluide sous pression, ces manchons étant des éléments constitutifs d'accouplements à griffes individuels des cames Une liaison solidaire en rotation entre les cames autrement désactivées, d'une part, et l'arbre à cames, d'autre part, n'existe que lorsque les accouplements à griffes se trouvent en engagement grâce à un positionnement axial correspondant des manchons. Le but de l'invention est de créer un dispositif pour arbre à cames du genre cité, dont la longueur axiale est plus faible que dans le cas de l'état cité de la technique. Ce but est atteint selon l'invention grâce au fait que l'accouplement comporte un doigt d'accouplement coulissant dans un évidement radial de l'arbre à cames entre une position d'accouplement, dans laquelle il s'engage dans un évidement intérieur d'accouplement de la came de manière à établir une liaison solidaire en rotation, et une position de désengagement, dans laquelle il est dégagé de l'évidement d'accouplement de manière à annuler la liaison solidaire en rotation Des réalisations avantageuses de l'invention ressortiront de la description suivante. Grâce au fait que, dans le cas de l'invention, les mouvements d'engagement et de désengagement de l'accou- plement ne s'effectuent pas axialement par rapport à l'arbre à cames, mais radialement, l'installation de l'accouplement ne requiert aucun espace supplémentaire dans le sens axial. Un autre avantage de l'invention réside en le fait que l'arbre à cames proprement dit, soumis à des moments de torsion et de flexion, peut être réalisé avec un diamètre relativement important, car aucun manchon occupant un espace dans le sens radial n'y est disposé Enfin, comme le décrit une autre caractéristique de l'invention, la force centrifuge peut être mise à profit, aux régimes plus élevés, pour assurer une liaison solidaire en rotation entre la came et l'arbre à cames. Des exemples de réalisation de l'invention seront expliqués par la suite, au vu des dessins, dont la figure 1 représente une vue en coupe transver- sale de la zone intéressée du moteur à combustion interne, et dont la figure 2 représente une vue de dessus d'un premier exemple de réalisation, alors que les figures 3 et 4 montrent d'autres réalisations en coupe longitudinale et respectivement transversale. Considérant d'abord les figures 1 et 2, l'arbre 2 à cames proprement dit, entraîné par le moteur à combustion interne, est logé de manière habituelle de façon rotative dans la culasse 1, l'arbre à cames portant plusieurs cames, dont deux seulement sont représentées ici, à savoir la came 3 reliée en permanence de façon solidaire en rotation à l'arbre 2 à cames, et la came 4 qui peut être désactivée, possédant une zone 4 a de cercle de base Les deux cames 3 et 4 servant à actionner chacune une soupape à mouvement alternatif de la même chambre de combustion, dont seule la soupape désignée par 5 est indiquée par sa tige de soupape et par son ressort de rappel sur la figure 1 L'actionnement des soupapes s'effectue par l'intermédiaire de poussoirs bois- seaux 6 et 7, dont la conception est connue et n'est plus, par conséquent, à expliquer Les poussoirs boisseaux sont logés dans la culasse 1 de façon coulissante dans le sens de l'axe de la soupape alternative correspondante. Donc, alors que la came 3 est reliée en perma- nence, mécaniquement et de façon solidaire en rotation, à l'arbre 2 à cames proprement dit, de telle manière qu'elle actionne dans tous les modes donnés de fonctionnement du moteur à combustion interne la soupape qui lui est associée ici une soupape d'admission la came 4 peut être désac- tivée, par exemple de manière qu'elle soit reliée à l'arbre 2 à cames de façon solidaire en rotation uniquement aux régimes élevés, et que, par conséquent, elle n'ouvre de façon périodique la soupape associée que dans ces cas, de façon qu'une section d'admission large constituée par deux soupapes ne soit active pour la chambre de combustion considérée qu'aux régimes élevés. Considérant maintenant l'accouplement servant à réaliser et à annuler au choix ladite liaison solidaire en rotation entre la came 4 et l'arbre 2 à cames, il comporte, en tant que composant essentiel, le doigt 8 d'accouplement, qui est précontraint vers la droite sur les figures au moyen d'un ressort 9 de pression disposé à l'intérieur de l'arbre 2 à cames, et qui, par conséquent, en l'absence de force antagoniste, s'appuie sur la zone conique 11 de siège de l'évidement 12 d'accouplement ménagé à la périphérie inté- rieure de la came 4 De cette manière, l'on crée un accouple- ment quasi géométrique entre l'arbre 2 à cames et la came 4, la stabilité de cet accouplement étant soutenue par la position du centre de masse du doigt 8 d'accouplement, situé, sur les figures, à droite de l'axe 13 de l'arbre 2 à cames, et, de ce fait, par les forces centrifuges. Si, en raison du fonctionnement à faible régime du moteur, une seule soupape d'admission doit être active, à savoir celle qui est associée à la came 3, l'on augmente la pression d'un fluide sous pression circulant dans un canal axial 14 d'alimentation ménagé dans l'arbre 2 à cames, augmentant aussi, de ce fait, par l'intermédiaire d'un canal de raccordement s'étendant dans le doigt 8 d'accouplement, la pression régnant à l'intérieur de la chambre 16 de pression usinée dans la came 4 en prolongement de l'évidement 12 d'accouplement; de ce fait, le doigt 8 d'accouplement se trouve déplacé contre l'action du ressort 9 de pression (et des forces centrifuges) vers la gauche sur les figures, jusqu'à ce qu'il sorte de l'évidement 12 d'accouplement et autorise, par conséquent, des rotations relatives entre l'arbre 2 à cames et la came 4 Ces rotations relatives commencent lorsque la came 4 arrive en appui sur le poussoir boisseau 6 par son flanc de came situé à l'avant dans le sens de la rotation, ne pouvant pas repousser le poussoir vers le bas en raison de l'effet de soutien du ressort de rappel de la soupape, en l'absence d'une liaison solidaire en rotation entre la came et l'arbre à cames. Sur la figure 1, l'on distingue à gauche du doigt 8 d'accouplement une chambre 17 recevant en partie le ressort 9 de pression, qui est purgée en permanence par l'intermé- diaire du chanfrein 18 et/ou d'un perçage 19 réalisé dans la came 4, de façon à n'opposer aucune résistance au déplacement du doigt 8 d'accouplement vers la gauche sur les figures Le perçage 19 est usiné dans le bouchon 19 a fermant une ouver- ture située dans la zone 4 a de cercle de base de la came, cette ouverture servant à des fins d'usinage. Afin d'assurer le guidage axial de la came 4, des anneaux d'arrêt 20 et 21 peuvent être prévus selon la figure 2 des deux côtés de la came Cependant, il est aussi possible de confier la tâche de l'arrêt axial de la came 4 à un couloir 22 de commande de la came prévu dans la culasse. Pour faciliter l'enclenchement du doigt 8 d'accouplement dans l'évidement 12 d'accouplement, ce dernier est précédé d'une rainure 23 de guidage du doigt agencée dans la périphérie intérieure de la came 4, la profondeur de la rainure s'accroissant à la manière d'une rainure spiroïdale. Sur les figures 3 et 4, les pièces et les particularités existant également sur les figures 1 et 2 sont dotées des mêmes signes de référence. Comme le montre notamment la figure 3, la forme de réalisation de l'invention représentée sur cette figure se distingue de celle déjà expliquée au vu des figures 1 et 2 par le fait que l'axe longitudinal 30 du doigt 8 d'accouple- ment, qui représente en même temps l'axe longitudinal de l'évidement radial récepteur du doigt, ménagé dans l'arbre 2 à cames, et celui de l'évidement 12 d'accouplement ménagé dans la came, ne s'étend pas perpendiculairement à l'axe longitudinal 13 de l'arbre 2 à cames, mais de façon légère- ment inclinée Cette disposition inclinée permet d' abandonner le bouchon désigné par 19 a sur la figure 1 servant à fermer35 une ouverture située dans la zone 4 a de cercle de base de la came, qui est nécessaire pour permettre l'usinage de la zone 11 de siège et de la chambre 16 de pression A la place de l'ouverture, et afin d'obtenir un espace dégagé pour l'usi- nage et pour l'insertion du doigt 8 d'accouplement, la zone 4 a de cercle de base de la came est diminuée en largeur par un évidement unilatéral 31, de façon locale et excentrée, de façon à provoquer par sa propre rotation, dans son état activé, une rotation souhaitée du poussoir boisseau 6. Eu égard aussi à l'obtention de ses deux posi- tions ou aux mouvements entre ces deux positions, le doigt 8 d'accouplement est conçu de façon différente dans les cas des réalisations selon les figures 3 et 4 La face frontale du doigt, qui se situe à l'opposé de l'évidement 12 d'accouple- ment, est contiguë à une chambre 32 de pression dans l'arbre 2 à cames, fermée de façon étanche contre l'extérieur, qui est en communication d'écoulement, par l'intermédiaire de canaux longitudinaux et transversaux 33 ou 34 réalisés dans le doigt 8 d'accouplement, avec le canal axial 14 d'alimen- tation ménagé dans l'arbre 2 à cames D'autre part, la chambre 16, jusque là appelée chambre de pression, comporte un trou de purge 35, de telle sorte qu'en cas de création d'une pression d'huile dans la chambre 32 de pression qui, contrairement à la forme de réalisation selon la figure 1, ne comporte pas de ressort de pression, le doigt 8 d'accouple- ment soit amené dans sa position d'accouplement représentée sur la figure 3 et soit maintenu dans celle-ci Ainsi, alors que, dans la forme de réalisation selon la figure 1, cette position d'accouplement est obtenue et maintenue grâce à la force du ressort 9 de pression, le déplacement du doigt dans sa position de désengagement nécessitant l'établissement d'une pression dans la chambre 16 de pression, l'alimentation en fluide sous pression dans le cas de la réalisation selon la figure 3 sert à obtenir et à maintenir la position d'accouplement du doigt 8 d'accouplement. Le déplacement du doigt 8 d'accouplement, depuis sa position d'accouplement illustrée sur la figure 3, dans sa position de désengagement représentée sur la figure 4, peut être assuré après l'abaissement de la pression régnant dans la chambre 32 de pression, grâce à différentes mesures exécutées soit individuellement, soit en combinaison D'une part, la surface oblique il du cône génère des forces d'entraînement avec des composantes de forces qui s'étendent dans le sens de l'axe 33 du doigt 8 d'accouplement et tendent, par conséquent, à déplacer ce dernier dans le sens d'un raccourcissement de la chambre détendue 32 de pression L'application d'un vide partiel à la chambre 32 de pression produit le même effet, car la pression atmosphérique régnant dans l'évidement 12 d'accouplement tend alors à repousser le doigt 8 d'accouplement dans sa position de désengagement. Afin d'assurer au moins la position de désengage- ment du doigt 8 d'accouplement, celui-ci peut être conçu de telle sorte que son centre de masse se place au moins en position de désengagement dans la moitié inférieure, sur la figure 3, de la section longitudinale de l'arbre 2 à cames. De cette manière, l'on obtient une stabilisation de la position de désengagement du doigt 8 d'accouplement par la force centrifuge Un arrêt magnétique est également possible, de préférence dans la zone de face frontale du doigt 8 de pression qui est contiguë à la chambre 32 de pression. A cette fin, la figure 4 illustre des possibi- lités d'assurance de la position de désengagement du doigt 8 d'accouplement par la mise sous pression d'huile de la chambre 16 de pression Dans tous les cas, la condition préa- lable est la détente du canal 14 d'alimentation Un avantage particulier de cette réalisation réside en le fait que l'on assure en même temps une lubrification des faces conjuguées de l'arbre 2 à cames et de la came 4 pendant les phases de désactivation de la came. D'après ce qui précède, le canal axial 14 d'alimentation est donc éliminé en tant que canal d'alimen- tation en huile sous pression vers la chambre 16 de pression. Par conséquent, une ouverture 36 est prévue dans le flanc 4 b de la came, qui se trouve en appui sur le poussoir boisseau 6 lorsque la came 4 est désactivée, cette ouverture communi- quant, pendant que la came est désactivée, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un renfoncement, avec l'orifice 37 de sortie d'huile du poussoir boisseau 6 hydraulique, de façon telle que l'huile sortant de cet orifice arrive, à travers les ouvertures 37 et 36, dans l'interstice 38 compris entre les faces périphériques en vis-à-vis de l'arbre 2 à cames et de la came 4 Comme le montre clairement la figure 4, la rainure 23 de guidage qui, selon les explications relatives aux figures 1 et 2, sert à faciliter l'enclenche- ment du doigt 8 d'accouplement dans l'évidement 12 d'accou- plement, se prolonge jusqu'au niveau de l'ouverture 36. Lorsque la came est désactivée, c'est-à-dire lorsque le doigt 8 d'accouplement se trouve dans la position de désengagement représentée sur la figure 4, la pression d'huile du moteur introduite à travers l'orifice 37 agit alors, sur la figure 4, sur la face frontale supérieure du doigt 8 d'accouplement. Sur la figure 4, une autre solution à ce problème est représentée, qui est valable lorsqu'on ne dispose pas d'un poussoir hydraulique, mais d'un poussoir boisseau fonctionnant de façon purement mécanique L'orifice 37 ménagé dans le fond du poussoir disparaît alors, mais l'ouverture 36 située dans le flanc 4 b de la came 4 est conservée Alors, le fond du poussoir est réalisé sous forme d'une cuvette 39 collectant les projections d'huile, et la rotation de l'arbre 2 à cames, de façon relative à la came désactivée 4, assure, en mettant à profit les efforts de cisaillement, le transport de l'huile à travers l'ouverture 36, ainsi que la création d'une pression d'huile devant la face frontale supérieure, sur la figure 4, du doigt 8 d'accouplement. Il peut être utile, pour ce transport de l'huile du "carter d'huile" 39 vers la chambre 16 de pression, de ne pas employer la rainure 23 de guidage, dont la section est relativement importante et qui, par conséquent, autorise des reflux, mais de prévoir une rainure de section plus faible, qui est déportée axialement par rapport à la première. Ainsi, l'invention crée, par des moyens simples, une configuration peu encombrante d'un arbre à cames compor- tant au moins une came pouvant être désactivée. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre explicatif mais nullement limitatif et que de nombreuses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 Dispositif pour arbre à cames comprenant au moins une came pouvant être désactivée, disposée sur un arbre à cames, à laquelle est associé un accouplement pouvant être actionné hydrauliquement pour établir ou annuler au choix une liaison avec l'arbre à cames de façon solidaire en rotation, caractérisé en ce que l'accouplement comporte un doigt ( 8) d'accouplement coulissant dans un évidement radial de l'arbre ( 2) à cames entre une position d'accouplement, dans laquelle il s'engage dans un évidement intérieur ( 12) d'accouplement de la came ( 4) de manière à établir une liaison solidaire en rotation, et une position de désengagement, dans laquelle il est dégagé de l'évidement ( 12) d'accouplement de manière à annuler la liaison solidaire en rotation. 2 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le doigt ( 8) d'accouplement présente une zone de tête conique ( 10) et en ce que l'évidement ( 12) d'accou- plement présente une zone de siège conique ( 11) pour cette zone. 3 Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'une rainure ( 23) de guidage, de pro- fondeur croissante, est prévue en avant de l'évidement ( 12) d'accouplement dans la came ( 4), dans le sens du mouvement relatif entre le doigt ( 8) d'accouplement et la came ( 4) et dans le sens de la circonférence, la rainure étant destinée au doigt ( 8) d'accouplement. 4 Dispositif selon l'une des revendications 1 et 3, caractérisé en ce qu'au niveau de l'extrémité du doigt ( 8) d'accouplement, qui se situe à l'opposé de l'évidement ( 12) d'accouplement, un ressort ( 9) de pression s'appuie dans l'arbre ( 2) à cames, et en ce que l'évidement ( 12) d'accou- plement ménagé dans la came ( 4) rejoint une chambre ( 16) de pression remplie d'un fluide sous pression. Dispositif selon la revendication 4, caracté- risé en ce que la chambre ( 16) de pression communique avec un canal axial ( 14) d'alimentation réalisé dans l'arbre ( 2) à il cames, par l'intermédiaire d'au moins un canal ( 15) de raccordement réalisé dans la came ( 4) ou dans le doigt ( 8) d'accouplement. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5, caractérisé en ce que l'évidement radial de l'arbre ( 2) à cames réservé au doigt ( 8) d'accouplement et l'évidement intérieur ( 12) d'accouplement de la came ( 4) s'étendent, en coupe longitudinale, de façon inclinée par rapport à l'axe ( 13) de l'arbre ( 2) à cames, et en ce que la came ( 4) présente dans sa zone ( 4 a) de cercle de base, une diminution unilatérale ( 31) de sa largeur, imposée par l'usinage. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3 ou 6, caractérisé en ce que l'évidement radial de l'arbre ( 2) à cames forme, à la face frontale du doigt ( 8) d'accouplement, qui se situe à l'opposé de l'évidement ( 12) d'accouplement, une chambre ( 32) de pression communiquant avec une alimentation ( 14) en fluide sous pression, et en ce qu'une purge ( 35) est associée à l'évidement ( 12) d'accouple- ment. 8 Dispositif selon la revendication 7, caracté- risé en ce que la chambre ( 32) de pression communique avec un canal axial ( 14) d'alimentation en fluide sous pression, réa- lisé dans l'arbre ( 2) à cames, par l'intermédiaire d'au moins un canal ( 33, 34) de raccordement ménagé dans le doigt ( 8) d'accouplement. 9 Dispositif selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le centre de masse du doigt ( 8) d'accouplement se situe entre l'axe ( 13) de l'arbre ( 2) à cames et la chambre ( 32) de pression au moins dans la position de désengagement du doigt d'accouplement. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que la chambre ( 32) de pression peut être soumise à un vide partiel pour déplacer le doigt ( 8) d'accouplement dans sa position de désengage- ment, et en ce que l'évidement ( 12) d'accouplement peut être soumis au moins à la pression atmosphérique. 11 Dispositif selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu'un maintien magnétique est prévu pour le doigt ( 8) d'accouplement dans sa position de désenga- gement. 12 Dispositif selon la revendication 10, carac- térisé en ce que l'évidement ( 12) d'accouplement peut être soumis à l'action d'huile sous surpression au moins pour arrêter le doigt ( 8) de pression dans sa position de désenga- gement. 13 Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que, lorsqu'une soupape à mouvement alternatif ( 5) s'appuie sur la came ( 4) par l'intermédiaire d'un poussoir hydraulique ( 6), des ouvertures ( 37, 36), qui communiquent lorsque la came ( 4) est désactivée et permettent ainsi le transport de l'huile du poussoir hydraulique ( 6) vers l'évidement ( 12) d'accouplement, sont prévues dans le fond du poussoir et dans un flanc ( 4 b) de la came ( 4). 14 Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que, pour assurer le transport de l'huile depuis un volume extérieur ( 39) d'huile, à travers une ouverture ( 36) de passage d'huile située du côté de la came, vers l'évidement ( 12) d'accouplement, les surfaces conjuguées de l'arbre ( 2) à cames et de la came ( 4) positionnée dans sa position de désengagement sont réalisées de manière à assurer un transport de l'huile par leur vitesse relative. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'une pièce s'appuyant sur la came ( 4), du type poussoir boisseau ( 6), forme une réserve ( 39) d'huile. 16 Dispositif selon l'une des revendications 14 et 15, caractérisé en ce que l'une au moins des surfaces conjuguées est pourvue d'au moins une rainure dont la section est choisie en vue d'obtenir un niveau de pression d'huile souhaité.