Brevet FR2676501A1 — publié le 19921120

La présente invention concerne un dispositif d'actionnement d'une soupape de moteur à combustion interne L'invention concerne pLus particuLièrement un dispositif du type comportant une came de commande qui agit, directement ou indirectement, sur L'extrémité Libre de La queue de La soupape à L'encontre de L'effort éLastique de rappeL qui est appLiqué à La soupape par Le ressort de soupape. Un des critères principaux pour La conception et La mise au point d'un moteur à combustion interne consiste Le pLus souvent à augmenter Les performances du moteur pour un régime de rotation éLevé sans dégrader Les performances, et notamment Le coupLe disponibLe, à bas et à moyen régime. On distingue deux modes principaux d'action pour aboutir à ce résuLtat. Le premier consiste à agir sur L'admission en faisant varier La Longueur ou Le voLume des conduits d'admission pour priviLégier Les performances dans une pLage déterminée de régime. Le second consiste à faire varier La distribution en modifiant Le caLage anguLaire des cames d'admission et d'échappement et/ou en modifiant La Levée de ces soupapes de manière à priviLégier Les performances dans une pLage déterminée de régime. Ces deux modes d'action permettent en outre d'optimiser Le fonctionnement du moteur en prenant comme critère La consommation ou La poLLution atmosphérique. Parmi Les systèmes de distribution variabLe existants, iL est connu d'utiLiser des cames à trois dimensions, c'est-à-dire dont Le profiL est variabLe Le Long de Leur axe de rotation. Une teLLe conception permet, grâce à un dépLacement de L'arbre à cames paraLLèLement à son axe de rotation, d'obtenir différents diagrammes de distribution. Cette conception est particuLièrement compLexe du point de vue mécanique et provoque une augmentation de L'encombrement LongitudinaL du moteur. Une autre conception, qui est compLexe du point de vue mécanique, consiste à faire varier La Longueur des bras de Levier qui interviennent dans La commande indirecte des soupapes dans des systèmes du type à Linguets. Dans une autre famiLLe de dispositifs, on modifie Le caLage anguLaire d'un arbre à cames par rapport à L'autre arbre à cames. R cet effet iL est par exempLe possibLe de faire tourner un arbre à cames autour de son axe par rapport à sa position initiaLe à L'aide d'un accoupLement du type héLicoïdaL Une autre soLution consiste à faire tourner les deux arbres à cames par rapport à Leurs positions reLatives d'origine en agissant sur Leur système d'entrainement en rotation par courroie ou par chaîne de distribution. La présente invention a pour but de proposer un dispositif d'actionnement d'une soupape qui soit de conception mécanique particuLièrement simpLe et économique et qui permette de faire varier Le caLage et/ou La Levée des soupapes. R cet effet L'invention propose un dispositif d'actionnement caractérisé en ce qu'iL comporte un ressort à gaz travaiLLant à La compression qui est interposé entre La came de commande et L'extrémité de La queue de La soupape et des moyens de commande de La vaLeur de La pression à L'intérieur de La chambre de travaiL du ressort pour faire varier La raideur du ressort à gaz. SeLon d'autres caractéristiques de L'invention - Le ressort à gaz est constitué par deux pistons montés couLissants de manière étanche dans un aLésage cyLindrique de La cuLasse du moteur et qui déLimitent entre eux une chambre de travaiL reLiée à une source de gaz sous pression avec interposition d'une vaLve de commande de La pression du gaz, La came agissant directement sur La face Libre de L'un des deux pistons tandis que La face Libre de L'autre piston coopère avec L'extrémité de La queue de La soupape ; - un ressort héLicoïdaL de compression est agencé entre Les deux pistons qu'iL soLLicite en éLoignement L'un de L'autre - L'aLésage est un aLésage borgne de La cuLasse dont L'extrémité ouverte débouche dans une portion de surface pLane de La cuLasse et dont Le fond est traversé par La queue de La soupape ;; - Le ressort de rappeL de La soupape est disposé dans L'aLésage et prend appui d'une part sur Le fond de L'aLésage et, d'autre part, sur une coupeLLe d'appui fixée à La queue de La soupape ; et - La cuLasse comporte un passage qui met en communication L'espace déLimité par Le fond de L'aLésage et par Le piston qui coopère avec La queue de La soupape, avec Le circuit de Lubrification du moteur. D'autres caractéristiques de L'invention apparaitront à La Lecture de La description détaiLLée qui va suivre pour La compréhension de LaqueLLe on se reportera au dessin annexé dans LequeL - La figure 1 est une vue en coupe axiaLe d'un dispositif d'actionnement d'une soupape réaLisée conformément aux enseignements de L'invention ; et - La figure 2 est un diagramme permettant d'iL Lustrer L'effet obtenu grace à L'invention. On reconnaît sur La figure 1 une portion 10 d'une cuLasse de moteur à combustion interne dans LaqueLLe est formé un conduit 12, par exempLe d'admission. Une soupape 14 d'axe X-X est agencée dans La cuLasse 10 de manière que sa tete 16 coopère avec un siège de soupape 18 pour obturer Le conduit 12. Les dépLacements de La soupape 14 seLon son axe X-X sont provoqués par une came 20 d'un arbre à cames dont L'axe de rotation Y-Y est perpendicuLaire et concourant avec L'axe X-X. Conformément à t'invention, La came 20 agit indirectement sur L'extrémité Libre supérieure 22 de La queue 24 de La soupape 14 par L'intermédiaire d'un ressort à gaz 26. Le ressort 26 est constitué par un premier piston 28 et un second piston 30 qui sont montés coulissants de manière étanche dans un aLésage borgne 32 formé dans La cuLasse 10 et dont L'axe est confondu avec L'axe X-X de La soupape 14. Chacun des deux pistons 28 et 30 comporte un joint d'étanchéité 34 de façon à déLimiter une chambre étanche de travaiL 36 entre Les deux faces en vis-àvis 38 et 40 des pistons 28 et 30 respectivement. La face supérieure Libre 42 du premier piston 28 reçoit directement L'action de La came de commande 20. La face inférieure Libre 44 du second piston 30 agit directement sur L'extrémité 22 de La queue 24 de La soupape 14. Le fond 46 de L'aLésage borgne 32 est traversé par Le guide de soupape 48. Le ressort héLicoïdaL de compression 50 de rappeL de La soupape 14 prend appui d'une part contre Le fond 46 de L'aLésage 32 et d'autre part contre une coupeLLe d'appui 52 fixée à L'extrémité 22 de La queue de La soupape. Sous L'action du ressort de rappeL 50, La tête 16 de La soupape 14 est pLaquée contre Le siège 18. Un ressort héLicoïdaL de compression 54 est disposé entre Les deux pistons 28 et 30 de manière à Les soLLiciter axiaLement en éLoignement L'un de L'autre. La chambre de travaiL 36 du ressort 26 est reLiée à une conduite pneumatique d'aLimentation 56 avec interposition d'un dispositif 58 permettant de faire varier La pression d'aLimentation en gaz, et par exempLe en air de La chambre 36. Le dispositif 58 peut être constitué par tout dispositif approprié teL qu'une vaLve à commande régu Lée munie d'un échappement à cLapet, permettant de réguLer La pression régnant dans La chambre 36 en fonction des paramètres requis et notamment du régime et de La charge du moteur à combustion interne. Un conduit 60 formé dans La cuLasse 10 reLie L'espace 62 déLimité par Le fond 46 de L'aLésage 32 et La face inférieure 44 du second piston 30, à une portion (non représentée) du moteur afin de permettre La mise à L'air Libre de cette portion d'aLésage Grâce à ce conduit 60, L'air contenu dans L'espace 62 peut s'échapper Lors de La descente du second piston 30. La présence du conduit 60 permet égaLement de réaLiser un circuit de Lubrification 64. Lorsque La came 20 attaque La face supérieure 42 du premier piston 28, La transmission du mouvement entre Le piston 28 et Le second piston 30 s'effectue par L'intermédiaire du voLume d'air contenu dans La chambre de travaiL 36 qui se comprime du fait de L'effort qui Lui est appLiqué par Les pistons. On comprend donc aisément qu'en fonction de La va Leur de La pression régnant dans La chambre de travaiL 36 qui est réguLée par Le dispositif 58, L'action de La came 20 sur La soupape 14 est pLus ou moins retardée comme ceLa est ilLustré sur Le diagramme de La figure 2. Ce diagramme représente La Levée L de La soupape 14 en fonction de L'angLe de rotation "a" du viLebrequin. La partie gauche du diagramme représente La Levée d'une soupape d'échappement tandis que La partie droite représente La Levée de La soupape d'admission. On constate sur Le diagramme que La variation de La pression "p" régnant dans Les chambres de travaiL permet de faire varier, à La fois La Levée L des soupapes ainsi que Le point R d'avance à L'ouverture d'admission et Le point R de retard de La fermeture d'échappement. IL est donc ainsi possibLe d'obtenir - des Lois de Levée très peu croisées ou même décroisées à faibLe charge (pression pl) ; - des Lois de Levée pLus importantes et un croisement important (pression p2) ce qui permet d'améLiorer Les performances à haut régime. On remarque sur Le diagramme que La Levée maximaLe L max a toujours Lieu pour La même position angu Laire du viLebrequin queLLe que soit La pression car La Levée maxima Le ne dépend en fait uniquement que de La configuration de La came 20 puisqu'eLLe a Lieu Lorsque Le nez de came est en appui sur La face supérieure 42 du premier piston 28 sensibLement à L'apLomb de L'axe X-X. Le ressort héLicoïdaL de compression 54 permet d'éviter Les chocs de contact entre La came 20 et Le premier piston 28 en compensant L'inertie du premier piston 28. IL est bien entendu que La pression à L'intérieur de La chambre 36 reste toujours inférieure à La poussée. du ressort 54 afin de ne pas provoquer une ouverture intempestive de La soupape. R titre d'exem pLe, pour des pistons de 30 mm de diamètre et une poussée du ressort de 40 daN, La pression doit rester inférieure à 5,7 105 Pa. L'ensembLe de dispositif de La commande de La réguLation de La pression régnant dans La chambre 36 permet égaLement d'assurer que, Lors de La phase de démarrage du moteur ou en cas d'anomaLie dans Le circuit pneumatique d'aLimentation, a distribution fonctionne seLon La Loi La pLus décroisée, c'est-à-dire avec une pression minimaLe d'aLimentation. Le dispositif seLon L'invention qui vient d'être décrit permet, au moyen de variations de pression très faibLes comprises entre 0 et 5 105 Pa d'obtenir des variations de Levée d'une soupape de pLusieurs miLLimètres. REVENDICRIIONS 1. Dispositif d'actionnement d'une soupape (14) de moteur à combustion interne du type comportant une came (20) qui agit sur L'extrémité Libre (22) de La queue (24) de La soupape (14) à L'encontre de L'effort éLastique de rappeL qui Lui- est appLiqué par un ressort de soupape (50), caractérisé en ce qu'iL comporte un ressort à gaz (26) travaiLLant à La compression qui est interposé entre La came de commande (20) et L'extrémité (22) de La tige (24) de La soupape (14), et des moyens (58) de commande de La va Leur de La pression régnant à L'intérieur de La chambre de travaiL (36) du ressort à gaz (26) pour faire varier La raideur du ressort à gaz. 2. Dispositif d'actionnement seLon La revendication 1, caractérisé en ce que Le ressort à gaz (26) est constitué par deux pistons (28, 30) montés couLissants de manière étanche dans un aLésage cyLindrique (32) de La cuLasse (10) du moteur et qui déLimitent entre eux une chambre de travaiL (36) reLiée à une source de gaz sous pression avec interposition d'une vaLve (58) de commande de La pression du gaz, et en ce que La came (20) agit sur La face Libre (42) de L'un (28) des deux pistons et en ce que La face Libre (44) de L'autre piston (30) coopère avec L'extrémité (22) de La queue (24) de La soupape (14). 3. Dispositif d'actionnement seLon La revendication 2, caractérisé en ce qu'un ressort héLicoïdaL de compression (54) est agencé entre Les deux pistons (28, 30) qu'iL soLLicite en éLoignement L'un de L'autre. 4. Dispositif d'actionnement seLon L'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que L'aLésage (32) est un aLésage borgne dont L'extrémité ouverte débouche dans une portion de surface pLane de La cu Lasse (10) et dont Le fond (46) est traversé par La queue (24) de La soupape (14) 5. Dispositif d'actionnement seLon La revendication 4, caractérisé en ce que Le ressort de rappeL (50) de La soupape (14) est disposé dans L'aLésage (32) et prend appui d'une part sur Le fond (46) de L'aLésage et d'autre part sur une coupeLLe d'appui (52) fixée à La queue de La soupape. 6. Dispositif d'actionnement seLon L'une des revendications 4 ou S, caractérisé en ce que La cu Lasse (10) comporte un passage (60, 64) qui met en communication L'espace (62) déLimité par Le fond (46) de L'aLésage (32) et par Le piston (30) qui coopère avec La queue (22) de La soupape, avec Le circuit de Lubrification du moteur.