Brevet FR2692934A1 — publié le 19931231

Dispositif d'actionnement de soupapes dans un moteur à combustion interne multi-cylindres L'invention concerne un dispositif d'actionnement de soupapes dans un moteur à combustion interne multi- cylindrique, comportant pour chaque cylindre un levier d'actionnement, entraînant une soupape et entraîné par une première came, présentant une levée de came et un cercle de base, appartenant à un arbre à came,et un levier de couplage, entraîné par une deuxième came, présentant une levée de came et un cercle de base, de l'arbre à came, l'ensemble étant monté à pivotement sur un axe de levier commun et étant susceptible d'être couplé conjointement, au moyen de dispositif de couplage comprenant un premier élément de couplage monté sur l'un des leviers et un deuxième élément de couplage réglable, monté sur l'autre levier et agissant à l'état de couplage sur le premier élément de couplage, élément de couplage dont la position de réglage est commandée. Un tel dispositif est connu par le DE 34 45 951 C 2. Dans ce dispositif connu, la possibilité de réglage à un moment indésirable de l'élément de couplage réglable est empêchée au moyen d'un levier de commande supplémentaire agissant dans le dispositif de couplage Ce mode de réalisation est coûteux, sujet à usure, lourd et nécessite un espace de construction supplémentaire. L'invention a pour but de créer un dispositif du type cité au début, empêchant toute mise en oeuvre d'un processus de couplage et de découplage à un moment ou pendant un intervalle de temps indésirable, sans que l'on doive avoir de poids et d'espace de construction supplémentaire ni subir un coût notable. Ce problème est résolu, pour un dispositif du type du préambule, par le fait que les éléments de couplage réglables (tiges) sont commandés, dans les limites d'une plage de réglage (intervalle de temps) prédéterminée de l'arbre à cames, par le fait qu'au moment de la mise en action d'une levée de came leur étant associée, les éléments de couplage (tiges, trous cylindrique) de chaque dispositif de couplage présentent au moins une mise en coïncidence limite prédéterminée ou bien sont complètement désaccouplés. Dans un dispositif selon l'invention, au moyen d'une commande commune de tous les dispositifs de couplage, opérée dans les limites d'un intervalle de réglage étroitement délimité de l'arbre à cames, on empêche avec sécurité qu'au moment de la mise en action d'une levée de came, le dispositif de couplage correspondant effectue ensuite une petite partie du processus de couplage ou l'on fait en sorte que le processus de découplage soit largement terminé Du fait que, lors de la mise en action subséquente de la levée de came correspondante, le dispositif de couplage est exposé à des efforts élevés, empêchant que s'achève le processus de couplage ou de découplage, dans cet état de couplage il peut se présenter, avec une moindre mise en coïncidence entre les organes de couplage, des pressions sur les arêtes et des pressions superficielles excessives, menant à une usure et à des endommagements sur les organes de couplage ou sur les leviers et les cames, dans le cas ou le couplage est interrompu sous charge. Selon un autre mode de réalisation, selon lequel la commande des éléments de couplage réglables (tiges) pour les processus de couplage et de découplage s'effectue, quant à la position et à la durée, dans des plages de réglage différentes (intervalle de temps) de l'arbre à cames, il est assuré que tant lors du processus de couplage que lors du processus de découplage, on évite des états de couplage mutuellement indépendants, dans lequel se produit une moindre mise en coïncidence, désavantageuse, des éléments de couplage. Selon un autre mode de réalisation, caractérisé par le fait que le premier élément de couplage est réalisé sous forme de trou cylindrique, dans lequel une tige servant de deuxième élément de couplage est enfoncée, sur une longueur partielle, lors du couplage total, et que la mise en coïncidence limite prédéterminée est atteinte lorsque la tige se trouve à peu près à un tiers ou un quart de la longueur partielle dans le trou cylindrique, il est indiqué, pour un mode de réalisation spécial du dispositif de couplage, une valeur de la mise en coïncidence des éléments de couplage qui empêche, d'une part, leur sollicitation excessive ou l'éjection de l'élément de couplage mobile et qui limite, d'autre part, l'intervalle de temps indésirable du début de couplage, de manière que subsiste un temps suffisant pour assurer un début de couplage hors de l'intervalle de temps indésirable, dans le cas d'un moteur à combustion interne multi-cylindres et dans le cas de vitesses de rotation élevées, déterminantes pour le couplage, de ce moteur à combustion-interne. Selon encore un autre mode de réalisation, il est prévu que la commande des éléments de couplage réglables (tiges) s'effectue par variation d'une pression hydraulique agissant sur ceux-ci et en ce que cette variation est déclenchée par commutation d'une soupape multi-voies (soupape 3 voies/2 positions) disposée dans une conduite hydraulique Ainsi il est indiqué un type de commande des éléments de couplage réglables, pouvant être mis en oeuvre de façon simple et permettant d'obtenir une précision temporelle suffisante. Ceci est mieux précisé par un aute mode de réalsation, selon lequel la soupape multi-voies (soupapes 3 voies/2 positions) présente une vitesse de réglage et une précision du temps de réglage élevés, avec une faible variance du temps de réglage (intervalle de temps), dont la longueur correspond à peu près à la plage de temps dans les limites de laquelle s'effectue la commande des dispositifs de couplage La durée de la plage de commande des éléments de couplage est déterminés seulement par la variance des temps de commutation de la soupape de commutation, tandis que la commande de la soupape de commutation peut être fixée par utilisation d'un signal électrique, appliqué à un moment déterminé, donc ne faisant pratiquement intervenir aucune variance des temps de commande. Selon un autre mode de réalisation, il est prévu que le temps de commande de la soupape multi-voies (soupapes 3 voies/2 positions) soit modifiable en fonction de la température du fluide hydraulique En réalisant le dispositif selon ce mode de réalisation, on prend en considération les différentes vitesses de couplage de l'élément de couplage réglable pendant le processus de couplage, par suite des différences de viscosité et ainsi des différences des vitesses d'écoulement du fluide hydraulique, imputables aux différences de température, de manière que la mise en coïncidence limite puisse également être obtenue avec sécurité dans ces conditions modifiées, dans les limites de temps souhaités. Enfin, il peut être prévu, selon un autre mode de réalisation de l'invention, que soient formés des groupes de cylindres, en particulier dans des rangées de cylindres différentes d'un moteur en V, et en ce qu'à chaque groupe soit associé un dispositif séparé, avec des plages de réglage différentes de l'arbre à came, pour la commande des dispositifs de couplage associés Selon ce mode de réalisation, également dans le cas de moteurs à combustion interne multi-cylindres, les intervalles de temps admis pour la commande de dispositif de couplage sont étendus ou, dans le cas ou ils restent inchangés, il y a diminution de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne, qui est déterminante pour le processus de couplage. l'invention est expliquée ci-après plus en détail à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans le dessin Dans le dessin: La figure 1 représente en vue de dessus un moteur à combustion interne multicylindres, avec des leviers d'actionnements et des leviers de couplages pour l'entraînement des soupapes à l'aide de dispositifs de couplage, la figure 2 représente le moteur à combustion interne de la figure 1, en coupe transversale partielle, la figure 3 représente un dispositif de commande pour les dispositifs de couplage représentés sur les figures 1 et 2, et la figure 4 est une représentation schématique d'une application de l'invention sur un moteur à combustion interne à quatre cylindres. Dans la culasse 1 d'un moteur à combustion interne multi-cylindres à pistons, non représenté en détail, sont montées, pour chaque cylindre, deux soupapes d'admissions 2 entraînées par un arbre à cames 3 A chaque soupape d'admission 2 sont associées deux cames 4,5, montés sur l'arbre à cames 3, la came 4 actionnant un levier d'actionnement 6, réalisé sous forme de levier de culbuteur et entraînant directement la soupape d'admission 2, tandis que l'autre came 5 actionne un levier de couplage 7, susceptible d'être couplé au levier d'actionnement 6 Le levier d'actionnement 6 et le levier de couplage 7 sont montés à rotation sur un axe à leviers 8 commun Les deux cames 4, 5 présentent des cercles de base de même diamètre tandis que la came 5, associée au levier de couplage 7, présente une levée de came supérieure à celle des cames 4 associées au levier d'actionnement 6, de sorte qu'à l'état couplé des leviers 6,7, la levée de la came 7 n'a pas d'effet. Le couplage du levier d'actionnement 6 et du levier de couplage 7 s'effectue au moyen d'un dispositif de couplage 25, comprenant comme élément de couplage une tige 9 et un trou cylindrique 10 La tige 9 est guidée, déplaçable longitudinalement, dans un perçage 11 parallèle à l'axe à leviers 8 et ménagé dans le levier de couplage 7 et est soumise à l'action d'un ressort 12, par l'intermédiaire d'une coupelle de guidage 13, guidée déplacable longitudinalement dans le trou cylindrique 10, ménagé dans le levier d'actionnement 6 et qui est aligné par rapport au perçage 11 en cas d'appui des deux leviers 6 et 7 sur le cercle de base respectif des cames 4, 5 A l'état désaccouplé, le ressort 12 presse la tige 9 contre une butée 14, du coté opposé au levier d'actionnement 6, de sorte qu'elle vient se placer dans le plan de contact entre les deux leviers 6, 7 et ne pénètre pas dans le trou cylindrique Pour assurer le couplage des deux leviers 6, 7, une pression d'huile est produite dans une enceinte à pression , du coté de la tige 9 opposé au levier d'actionnement 6, cette pression produisant le coulissement de la tige 9 à l'encontre de la force du ressort 12, jusqu'à ce que la coupelle de guidage 14 vienne en butée sur la paroi frontale du trou cylindrique 10, dans ce dernier, de manière que la tige 9 pénètre dans le trou cylindrique 10, sur une longueur partielle 16 égale à la distance entre la coupelle de guidage 13 et la paroi frontale, opposée au levier de couplage 7, du trou cylindrique 10 et assujettisse en rotation les deux leviers 6,7 Du fait que la levée de la came 5 associée au levier de couplage 7 est supérieure à la levée de la came 4 associée au levier d'actionnement 6, la courbe de levée de la soupape d'actionnement 2 est à présent déterminée par la came 5 Il est évident que, à la différence de l'exemple de réalisation représenté, la tige 9 pourait être disposée dans le levier d'actionnement 6 et que le trou cylindrique 10 pourrait être réalisé dans le levier de couplage 7 et que le couplage pourrait se faire par décharge de la pression dans l'enceinte à pression 15 et que le découplage pourrait se faire par établissement d'une pression dans l'enceinte à pression 15. La tige 9 peut être enfoncée dans le trou cylindrique seulement pendant la mise en action sur les cercles de bases des cames 4,5, du fait que la tige 9 et le perçage 11 ne sont pas alignés l'une par rapport à l'autre pendant la mise en action des levées de came Du fait que, pendant cette mise en action des levées de cames, des efforts importants sont transmis entre les leviers 6,7, également lorsque le processus de couplage ou de découplage est déjà mis en oeuvre par établissement d'une pression ou décharge d'une pression dans l'enceinte à pression 15, tout déplacement de la tige 9 dans le trou cylindrique 10 est exclu pendant la mise en action des levées de cames Il y a de ce fait risque que la tige 9 ne pénètre, pendant la totalité de la mise en action des levées de cames, que sur une faible partie dans le trou cylindrique 10, faisant que se produisent des pressions défavorables sur les arêtes ou des pressions superficielles excessives ou même que la tige 9 soit éjectée du trou cylindrique 10, ce qui peut avoir comme conséquence des endommagements sur les leviers et sur les cames Il s'est cependant avéré que, lorsque la tige 9 se trouve au moins à peu près à un tiers de sa longueur partielle 16 dans le trou cylindrique 10, on pouvait exclure toute sollicitation excessive et l'apparition d'endommagements. L'établissement et la cessation de la pression dans l'enceinte à pression 15 s'effectuent par l'intermédiaire d'un perçage longitudinal 17, ménagé dans l'axe à leviers 8 et relié à l'enceinte à pression 15, par l'intermédiaire d'un perçage transversal 26 ménagé dans le levier de couplage 7 Le perçage longitudinal 17 est alimenté en huile par une pompe à huile 18 pouvant être la pompe de lubrification d'huile usuelle du moteur à combustion interne, par l'intermédiaire d'une conduite 19 Dans cette conduite 19 est disposée une soupape 3 voies/2 positions 20, qui, soit relie le passage longitudinal 17 à la pompe à huile 18, soit le relie à un réservoir de réserve 21 La soupape 3 voies/2 positions 20 est commutée par l'intermédiaire d'un signal électrique venant d'une unité de commutation 22 recevant, à titre de signaux de commande 23, en particulier la vitesse de rotation du moteur à combustion interne, un signal de position du vilebrequin ou de l'arbre à cames du moteur à combustion interne, ainsi que la température d'huile, par l'intermédiaire d'une sonde de température 24 montée dans la conduite 19 Ainsi, la soupape 3 voies/2 positions 20 peut être commandée dans des positions d'arbres à cames déterminées très exactement La soupape 3 voies/2 positions 20 est une soupape à commutation rapide et a une variance de temps de commutation faible, ne dépassant pas à peu près 4,5 ms, c'est à dire qu'indépendamment des signaux électriques venant de l'unité de commutation 22, tous les processus de commutation de la soupape 3 voies/2 positions 20 se font dans les limites d'un intervalle de temps Tl de 4,5 ms Il est ainsi assuré que la commutation de la soupape 3 voies/2 positions 20 et ainsi également le début du réglage de la tige 9 s'effectuent au début du processus de couplage et du découplage, dans les limites de cet intervalle de temps, du fait que suite à la plus petite longueur de conduite et à la plus grande section transversale de conduite, entre la soupape 3 voies/2 positions 20 et la tige 9, se produit un retardement négligeable entre leur actionnement Du fait que la commutation s'effectue à des vitesses de rotation déterminées du moteur à combustion interne, la plage est également déterminée de façon précise par rapport à la position angulaire de l'arbre à cames Ainsi, par exemple dans le cas d'une vitesse de rotation de 4000 t/mn du moteur à combustion interne et d'une variance de temps de commutation de 4,6 ms de la soupape 3 voies/2 positions, ceci correspond à un angle de rotation du vilebrequin de 540. Sur la figure 4 est représenté un diagramme de commande d'un processus de découplage de dispositif de couplage, dans un moteur à combustion interne à quatre cylindres La vitesse de rotation de commutation est supposée être de 4000 t/mn, de sorte qu'il faut 30 ms pour que le vilebrequin tourne d'un angle de 3600 Les levées de came associées aux différents cylindres (plages 27 à 30) pour les soupapes d'admission 2 ont, s'il l'on raisonne de façon simplifiée, une valeur angulaire de 900 pour l'arbre à came et se raccordent les unes aux autres de façon continue Le processus de découplage dure plus longtemps que le processus du couplage et est ainsi plus critique que celui-ci, pour ce qui concerne la redescente en-dessous de la mise en coïncidence limite entre les éléments de couplage, du fait que l'entraînement de la tige 9, lors du processus de découplage, s'effectue au moyen du ressort 12, qui est plus faible que l'action de la pression d'huile dans l'enceinte à pression 15 lors du processus du couplage Dans l'exemple de réalisation, on est parti d'un temps de fonctionnement global T 2 de 10 ms pour la tige 9 Pour assurer au moins la mise en coïncidence limite des éléments de couplage au début de chaque levée de cames 27 à 30, il faut avoir à ce moment tout au plus un temps T 3 effectif de 7 ms, dans la mesure ou le processus de désacouplage n'est pas déjà complètement terminé Tout début du déplacement dans un intervalle de temps inférieur à 10 ms et supérieur à 7 ms, avant tout début de chaque levée de came 27 à 30, est ainsi à exclure. Ceci est atteint par le fait que les dispositifs de couplages 25 sont commandés dans les limites d'un intervalle de temps T 3 s'étendant de 7 ms à 2,5 ms avant le début de la levée de came d'un cylindre, dans l'exemple de réalisation de la levée de came 30 du deuxième cylindre, ce qui est rendu possible sans aucun problème par la faible variance de temps de commutation de la soupape 3 voies/2 positions Ainsi, d'une part, dans le dispositif de couplage associé au deuxième cylindre, on a encore assuré la mise en coïncidence limite des éléments de couplage lors de la misent en action de la levée de came correspondante tandis que, dans les autres cylindres, le processus de couplage est terminé de façon sûre lors de la mise en action des levées de came correspondantes Ainsi l'espacement T 2 entre la commande du processus de couplage et le début de la levée de came du premier cylindre, qui suit celle du deuxième cylindre, a également la valeur souhaitée requise de 10 ms dans le cas d'un début, retardé au maximum, du processus de découplage. Le temps de déplacement global de la tige peut également être modifié lorsque ce produit une variation de la température de l'huile hydraulique On peut prendre en considération une variation correspondante de la position de l'intervalle de temps T 1 au moyen de la modification de la position de la commande de la soupape 3 voies/2 positions , ce qui est rendu possible par la mesure de la température de l'huile opérée au moyen de la sonde de température 24 et par envoi de cette température dans l'unité de commutation. Si, pour des vitesses de rotation de commutation données du moteur à combustion interne, les temps de commutations sont trop courts parce que l'on a à faire à un nombre de cylindres trop élévé, il est approprié de former plusieurs groupes de cylindre, par exemple dans les deux rangées d'un moteur en V, est d'associer à chaque groupe un dispositif selon l'invention séparé. I la REVEND ICATIONS 1 Dispositif d'actionnement de soupapes dans un moteur à combustion interne multi-cylindrique, comportant pour chaque cylindre un levier d'actionnement, entraînant une soupape et entraîné par une première came, présentant une levée de came et un cercle de base, appartenant à un arbre à cameet un levier de couplage, entraîné par une deuxième came, présentant une levée de came et un cercle de base, de l'arbre à came, l'ensemble étant monté à pivotement sur un axe de levier commun et étant susceptible d'être couplé conjointement, au moyen de dispositif de couplage comprenant un premier élément de couplage monté sur l'un des leviers et un deuxième élément de couplage réglable, monté sur l'autre levier et agissant à l'état de couplage sur le premier élément de couplage, élément de couplage dont la position de réglage est commandée, caractérisé en ce que les éléments de couplage réglables (tiges 9) sont commandés, dans les limites d'une plage de réglage (intervalle de temps T 1) prédéterminée de l'arbre à cames ( 3), en ce qu'au moment de la mise en action d'une levée de came leur étant associée, les éléments de couplage (tiges 9, trous cylindrique 10) de chaque dispositif de couplage ( 25) présentent au moins une mise en coïncidence limite prédéterminée ou bien sont complètement désaccouplés. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la commande des éléments de couplage réglables (tiges 9) pour les processus de couplage et de découplage s'effectue, quant à la position et à la durée, dans des plages de réglage différentes (intervalle de temps T 1) de l'arbre à cames ( 3). 3 Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le premier élément de couplage est réalisé sous forme de trou cylindrique ( 10), dans lequel une tige ( 9) servant de deuxième élément de couplage est enfoncée, sur une longueur partielle ( 16), lors du couplage total, et en ce que la mise en coïncidence limite prédéterminée est atteinte lorsque la tige ( 9) se trouve à peu près à un tiers ou un quart de la longueur partielle ( 16) dans le trou cylindrique ( 10). 4 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la commande des éléments de couplage réglables (tiges 9) s'effectue par variation d'une pression hydraulique agissant sur ceux-ci et en ce que cette variation est déclenchée par commutation d'une soupape multi-voies (soupape 3 voies/2 positions 20) disposée dans une conduite hydraulique ( 19). Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la soupape multi-voies (soupapes 3 voies/2 positions 20) présente une vitesse de réglage et une précision du temps de réglage élevés, avec une faible variance du temps de réglage (intervalle de temps T 1), dont la longueur correspond à peu près à la plage de temps dans les limites de laquelle s'effectue la commande des dispositifs de couplage ( 25). 6 Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le temps de commande de la soupape multi-voies (soupapes 3 voies/2 positions 20) est modifiable en fonction de la température du fluide hydraulique. 7 Dispositif selon l'une des revendication 1 à 6, caractérisé en ce que sont formés des groupes de cylindres, en particulier dans des rangées de cylindres différentes d'un moteur en V, et en ce qu'à chaque groupe est associé un dispositif séparé, avec des plages de réglage différentes de l'arbre à came ( 3), pour la commande des dispositifs de couplage ( 25) associés.