Brevet FR2690949A1 — publié le 19931112

La présente invention concerne un dispositif d'arbre à cames comportant au moins une came désactivable sur un arbre à cames, à laquelle est associé un embrayage, à commande hydraulique, pour réaliser et supprimer au choix une liaison solidaire en rotation avec l'arbre à cames. Les dispositifs d'arbre à cames de ce type offrent une série d'avantages qui permettent de rendre opérantes ou de maintenir constamment fermées des soupapes d'admission ou d'échappement, également par mise en service ou désactivation de la came associée à chacune d'elles, suivant les conditions de fonctionnement de la machine. C'est ainsi qu'il peut être intéressant, dans les machines comportant deux soupapes d'admission auxquelles sont associées, pour l'ouverture, des cames présentant des temps d'ouverture de soupape différents, de ne rendre opérantes les deux soupapes d'admission, pour le changement de régime, qu'aux grandes vitesses de rotation de la machine, et en revanche de maintenir constamment fermée l'une des deux soupapes, aux petites vitesses, tandis que l'autre soupape continue d'être actionnée par la came qui lui est associée et qui est optimisée pour les basses vitesses.Une autre application d'un dispositif d'arbre à cames de ce type est constituée par un moteur à combustion interne avec coupure des cylindres. Toutes les soupapes d'admission de la chambre de combustion concernée étant maintenues fermées, par exemple par désactivation de toutes leurs cames correspondantes, présélectionnées par le conducteur d'un véhicule automobile, le moteur à combustion interne fonctionne sous charge partielle uniquement avec une partie de ses chambres de combustion (fonctionnement économique). Les dispositifs d'arbre à cames du type précité, comportant au moins une came désactivable, sont connus par exemple d'après le document DE-OS 39 20 938, FO1L 1/04. Ces constructions connues fonctionnent avec des manchons, déplaçables axialement sur l'arbre à cames, en fonction de la pression d'un fluide sous pression, ces manchons faisant partie d'embrayages à griffes, individuels aux cames. Ce n'est que lorsque les embrayages à griffes viennent en prise, par déplacement axial correspondant des manchons, qu'il existe une liaison solidaire en rotation entre les cames, qui sinon sont désactivées, et l'arbre à cames. Un dispositif d'arbre à cames de ce type peut être utilisé lorsqu'il existe une place suffisante, en direction de l'axe de l'arbre à cames, pour loger les composants coulissants de l'embrayage. La demande de brevet antérieure P 42 04 048 concerne aussi un dispositif d'arbre à cames comportant au moins une came désactivable sur un arbre à cames, dans lequel toutefois l'embrayage comporte une tige d'embrayage déplaçable dans un évidement radial de l'arbre à cames, entre une position de liaison, dans laquelle elle s'engage dans un evidement d'embrayage intérieur de la came afin de réaliser la liaison solidaire en rotation, et une position de dégagement dans laquelle elle est déplacée hors de l'évidement d'embrayage, afin de supprimer la liaison solidaire en rotation.La face frontale, en même temps arrière, de la tige d'embrayage, tournée à l'opposé de l'évidement d'embrayage, forme avec l'évidement radial de l'arbre à cames une chambre de pression communiquant avec une arrivée de fluide sous pression dans l'arbre à cames, tandis qu'un élément de détente, en règle générale une liaison avec l'atmosphère, est associé à l'évidement d'embrayage. Un arbre à cames de ce type avec des tiges d'embrayage, coulissant au moins à peu près radialement, a pour avantage de présenter une courte longueur de construction, malgré la possibilité de désactiver au moins une came. A l'évidence, compte tenu des grandes vitesses de rotation des arbres à cames, par exemple dans des moteurs à combustion interne qui servent à la traction de-véhicules automobiles, et des forces centrifuges qui en découlent, le fait de garantir des déplacements précis dans le temps de la tige d'embrayage, entre ses deux positions, peut se heurter à des difficultés. L'invention a pour but de réaliser un dispositif d'arbre à cames du type précité dont les moyens d'activation ou de désactivation au choix de certaines cames ne modifient pratiquement pas la longueur et qui garantissent d'autre part avec une grande sécurité un actionnement précis dans le temps de l'embrayage entre l'arbre à cames et la came désactivée. Ce but est atteint suivant l'invention, avec un dispositif d'arbre à cames du type précité, en ce que l'embrayage comporte une tige d'embrayage déplaçable dans un évidement radial de l'arbre de cames, entre une position de liaison, dans laquelle elle s'engage dans un évidement d'embrayage intérieur de la came afin de réaliser la liaison solidaire en rotation, et une position de dégagement, dans laquelle elle est déplacée hors de l'évidement d'embrayage en vue de supprimer la liaison solidaire en rotation, la face frontale de cette tige d'embrayage, tournée à l'opposé de l'évidement d'embrayage, formant avec l'évidement radial de l'arbre à cames, une chambre de pression communiquant avec une arrivée de fluide sous pression dans l'arbre à cames, tandis qu'un élément de détente est associé à l'évidement d'embrayage, et en ce qu'à l'arrivée de fluide sous pression est associé un piston de commande, -déplaçable axialement, en vue de former une enceinte de pression, de volume variable, enfermant la chambre de pression, laquelle enceinte ne communique avec un circuit hydraulique extérieur qu'après déplacement du piston de commande dans une position correspondant au volume minimal de l'enceinte de pression. Grâce aux moyens suivant l'invention, le déplacement axial du piston de commande, s'effectuant de l'extérieur, en vue de déplacer la tige d'embrayage dans sa position de liaison, dans laquelle elle verrouille donc la came désactivée avec l'arbre à cames, produit une pression supérieure à la pression régnant dans un circuit hydraulique raccordé, par exemple le circuit dthuile de lubrification d'un moteur à combustion interne, cette pression supérieure s'établissant aussi dans la chambre de pression, par des canaux de liaison, prévus de préférence dans la tige d'embrayage, et déplaçant en conséquence rapidement la tige d'embrayage de sa position de dégagement dans la position de liaison décrite.A l'achèvement seulement de ce déplacement, le piston de commande établit une liaison entre l'enceinte de pression ou la chambre de pression d'une part et un canal d'un circuit hydraulique extérieur, de sorte qu'il se produit une réduction de la pression dans l'enceinte de pression. La pression du fluide dans cette enceinte et donc dans la chambre de pression est alors réduite à une valeur de maintien. Ceci constitue déjà une préparation au rappel de la tige d'embrayage dans sa position de dégagement qui sert à une nouvelle désactivation de la came.Si ce rappel doit s'effectuer, le piston de commande est tiré axialement en arrière, ce qui fait que d'une part la liaison entre l'enceinte de pression et le circuit hydraulique extérieur est interrompue et que d'autre part une dépression s'établit dans l'enceinte de pression, du fait de l'augmentation de son volume. Ce rappel du piston de commande peut être assisté par un ressort de rappel. Diverses autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'invention est représentée à titre d'exemple non limitatif sur les dessins annexés sur lesquels La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un arbre à cames montrant la position relative des pièces lorsque la tige d'embrayage se trouve en position engagée et la figure 2 est une vue semblable à celle de la figure 1 en position dégagée de la tige d'embrayage. Sur la culasse 1 du moteur à combustion interne, pris ici à titre d'exemple, est monté tournant l'arbre à cames 2 proprement dit, entraîné de manière usuelle par celui-ci, qui porte plusieurs cames dont ici seule la came 3 désactivable est représentée avec la zone 4 de son cercle de base. Elle sert à actionner la soupape 6 pourvue d'un ressort de fermeture 5, c'est-à-dire ici une soupape de mouvement des gaz du moteur à combustion interne, par l'intermédiaire du poussoir 7. Ce poussoir présente une construction connue et donc non à décrire et est monté dans la culasse 1, de manière à coulisser en direction de l'axe de la soupape. La came 3 peut être désactivée par un embrayage, qui sera décrit ci-après, par exemple de manière qu'elle ne soit reliée solidaire en rotation avec l'arbre à cames 2 que pour les grandes vitesses de rotation du moteur et qu'en conséquence elle n'ouvre qu'alors périodiquement la soupape qui lui est associée, de sorte qu'une grande section transversale d'admission, formée par cette soupape et par une autre soupape, entraînée en permanence, ne soit active pour la chambre de combustion concernée qu'aux grandes vitesses de rotation. L'embrayage entre l'arbre à cames 2 et la came 3 contient comme composant essentiel la tige d'embrayage 8 qui est déplaçable dans un évidement radial de l'arbre à cames 2, entre une position de liaison représentée sur la figure 1, dans laquelle elle s'engage dans l'évidement d'embrayage 9 intérieur de la came 3, et une position de dégagement en retrait, représentée sur la figure 2, dans laquelle elle est déplacée hors de l'évidement d'embrayage 9, en vue de supprimer la liaison solidaire en rotation entre les pièces 2 et 3. Pour tenir compte des forces centrifuges, il peut être judicieux de choisir la répartition des masses de la tige d'embrayage 8 de manière que son centre de gravité se situe entre sa position de dégagement (figure 2) entre l'axe 10 de l'arbre à cames et le fond de l'évidement 11 radial dans l'arbre à cames - légèrement incliné vers l'axe 10 de l'arbre arbre à cames dans cet exemple de réalisation. Cette disposition légèrement oblique de l'évidement 11 radial est avantageuse pour des raisons de fabrication, car une réduction localisée de la largeur de la came 3 dans la zone 4 de son cercle de base crée de la place pour le passage d'un outil. Pour déplacer la tige d'embrayage 8 entre ses deux positions de fin de course, on a recours à un circuit hydraulique qui comprend essentiellement la chambre de pression 12 qui fait partie intégrante de l'évidement radial 11, des canaux 13 pratiqués dans la tige d'embrayage 8, l'arrivée de fluide sous pression 14 dans l'arbre à cames 2, le piston de commande 15 en forme de pot ainsi que l'orifice d'écoulement 16 local pratiqué dans celui-ci, qui ne se superpose que dans la position représentée sur la figure 1 du piston de commande 15, à l'embouchure du canal 17, faisant partie d'un circuit hydraulique extérieur, par exemple le circuit d'huile de lubrification du moteur, et qui ne forme qu'alors une liaison entre ce canal et une enceinte de pression de volume variable, qui est définie par l'intérieur du piston de commande 15, la zone de l'arrivée de fluide sous pression 14, située à gauche de celui-ci sur les figures, les canaux de liaison 13 ainsi que la chambre de pression 12. Sur la figure 1 - came 3 activée - une force dirigée vers la gauche sur les figures, appliquée sur le poussoir 18, en direction de l'axe 10 de l'arbre à cames, a déplacé le piston de commande 15, jusque contre une butée, à l'encontre de son ressort de rappel 19, ainsi qu'à l'encontre de la pression d'huile dans l'enceinte de pression décrite, en réduisant celle-ci et en augmentant donc la pression régnant dans cette enceinte. L'augmentation de la pression dans la chambre de pression 12 a déplacé la tige d'embrayage 8, vers le haut sur la figure 1, dans sa position de liaison.Ce n'est que dans la dernière zone du coulissement du piston de commande 15, vers la gauche sur la figure 1, que son orifice d'écoulement 16 parvient en alignement avec le canal 17, ce qui fait que par un équilibrage des pressions, la pression diminue dans l'enceinte contenant la chambre de pression 12. I1 se produit ainsi une commutation de la force de pression élevée, nécessaire à la réalisation du déplacement décrit de la tige d'embrayage 8, à une force de pression plus faible qui suffit pour maintenir fiablement la tige d'embrayage 8 dans l'évidement d'embrayage 9, dont la pression est par ailleurs relâchée par l'orifice 20. Si la tige d'embrayage 8 doit être retirée dans sa position de dégagement (figure 2), l'application sur le poussoir 18 d'une force dirigée vers la droite sur les figures déplace le piston de commande 15, vers la droite sur les figures, jusque contre la butée 21, ce qui fait qu'après suppression de la liaison entre l'orifice d'écoulement 16 et le canal 17, il s'établit une dépression dans l'enceinte de pression contenant la chambre de pression 12, laquelle dépression a pour conséquence le rappel de la tige d'embrayage 8 dans sa position de dégagement, représentée sur la figure 2. D'une manière avantageuse, la répartition des masses de la tige d'embrayage 8 est choisie de manière que le centre de gravité des masses se situe dans cette position de dégagement, entre l'axe 10 de l'arbre à cames et la chambre de pression 12 - pratiquement disparue sur la figure 2. Le piston de commande peut, comme représenté, être monté dans l'arbre à cames. Mais il peut aussi être prévu dans une pièce non tournante, à l'extérieur de l'arbre à cames, et être associé le cas échéant à plusieurs cames désactivables, éventuellement sur différents arbres à cames. L'invention permet, par mise en oeuvre de moyens techniques relativement simples, de réaliser un dispositif d'arbre à cames du type précité qui permet d'exécuter, avec une configuration peu encombrante, des opérations d'activation ou de désactivation des cames, fiables et précises dans le temps. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'arbre à cames comportant au moins une came désactivable sur un arbre à cames, à laquelle est associé un embrayage, à commande hydraulique, pour réaliser et supprimer au choix une liaison solidaire en rotation avec l'arbre à cames, caractérisé en ce que l'embrayage comporte une tige d'embrayage (8) déplaçable dans un évidement radial de l'arbre à cames (2), entre une position de liaison, dans laquelle elle s'engage dans un évidement d'embrayage (9) intérieur de la came (3) afin de réaliser la liaison solidaire en rotation, et une position de dégagement, dans laquelle elle est déplacée hors de l'évidement d'embrayage (9) en vue de supprimer la liaison solidaire en rotation, la face frontale de cette tige d'embrayage, tournée à l'opposé de l'évidement d'embrayage (9), formant avec l'évidement radial (9) de l'arbre à cames (2) une chambre de pression (12) communiquant avec une arrivée de fluide sous pression (14) dans l'arbre à cames (2), tandis qu'un élément de détente (20) est associé à l'évidement d'embrayage (9), et en ce qu'à l'arrivée de fluide sous pression (14) est associé un piston de commande (15), déplaçable axialement, en vue de former une enceinte de pression, de volume variable, enfermant la chambre de pression (12), laquelle enceinte ne communique avec un circuit hydraulique (17) extérieur qu'après déplacement du piston de commande (15) dans une position correspondant au volume minimal de l'enceinte de pression. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que des canaux de liaison (13) pour la chambre de pression (12) sont prévus dans la tige d'embrayage (8). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le piston de commande (15) a la forme d'un pot ouvert en direction de la tige d'embrayage (8), dont l'enveloppe présente un orifice d'écoulement (16) qui ne communique avec un canal (17) du circuit hydraulique extérieur que lorsque le piston de commande (15) se trouve dans l'une des positions. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un ressort de rappel (19) est logé dans le piston de commande (15) en forme de pot. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le centre de gravité des masses de la tige d'embrayage (8) se situe au moins dans sa position de dégagement, entre l'axe (10) de l'arbre à cames (2) et la chambre de pression (12). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le piston de commande (15) est monté de manière à coulisser axialement dans l'arrivé de fluide sous pression (14). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le piston de commande (15) est monté à l'extérieur de l'arbre à cames (2). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le piston de commande (15) est associé à plusieurs arbres à cames.