Brevet FR2709524A1 — publié le 19950310

- Double frein moteur L'invention se rapporte aux cames d'un arbre à cames modulaire, d'un moteur thermique à quatre temps. aptent à pouvoir supporter les efforts que nécessite pour un tel arbre, l'ouverture des soupapes en pleine compression, que demande un frein moteur à détente d'air par avance de 160 environ de l'ouverture des soupapes d'échappements. Le rendement des moteurs thermiques est fortement amputé par l'important couple résistant issu des efforts produit lors des temps de compression. Ces pertes sont toutefois utilisées ou meme exploitées pour ralentir les véhicules dans les descentes. Ces exploitations consistent, pour les plus simples en un volet, apte à obturer l'orifice d'échappement et pour les mieux élaborés, en un dispositif capable d'ouvrir les soupapes d'échappements en fin de compression, pour libérer la pression interne du cylindre et empêcher que cette pression ait un effet moteur pendant la descente du piston, ce qui amoindrit l'effet de ralentissement du aux compressions. Ce dispositif relativement performant n'exploite que les deux premiers temps du cycle. D'autres dispositifs sont basés sur le principe d'avance d'ouverture des soupapes d'échappement pour exploiter les quatre temps du cycle. En avancant la position des cames d'échappement de 160 degrés par rapport au vilebrequin, le cycle se déroulera alors de la façon suivante: a) admission normale par la soupape d'admission; b) compression et ouverture de la soupape d'échappement juste avant la fin de ce temps pour libérer les gaz et éviter tout effet moteur; c) maintien de l'ouverture de la soupape d'échappement pen dant la descente du piston et réaspiration des gaz; d) fermeture de la soupape d'échappement pendant la remonté du piston et seconde compression dans le cycle; e) libération des gaz de cette seconde compression par l'ouverture normale de la soupape d'admission. Il se produit deux compressions avec liberation des gaz en fin de compression dans le cycle à quatre temps de ce moteur. Ce genre de frein moteur, bien que développant un puissant effet de ralentissement n'a guere été exploité par le fait qu'il faille avoir recours à deux arbres à cames. Il serait possible d'obtenir l'effet recherché en utilisant un arbre à cames modulaire. Pour ce faire, l'arbre doit etre pourvu de deux catégories de rainures hélicoidales ayant chacune un sens d'enroulement différent. Les cames étant pourvues de cannelures malles, coopérant, pour les cames d'admission avec une catégorie de rainures de l'arbre et pour les cames d'échappement, avec l'autre catégorie de rainures. Un déplacement axial de l'arbre permettrait d'atteindre la modification recherchée de l'épure de distribution. Toutefois, ce genre d'arbre à came, objet du brevet US n 4 522 085, ne serait en mesure de satisfaire à l'accroissement considérable des efforts que nécessite l'ouverture des soupapes en pleine compression. Pour produire de tels efforts et bénéficier d'une bonne stabilité et d'un bon centrage, les cames doivent etre pourvues d'un minimum de trois cannelures hélicoidales. De ce fait, l'arbre disposera de trois rainures hélicoidales enroulées à gauche que croiseront trois rainures enroulées à droite. Compte tenu de ce nombre de rainures qui stentre-croisent, la surface de l'arbre ne sera qu'une succession de croisements. Ces croisements diminuent la longueur de porté utile des rainures de l'arbre et en rapportant leur nombre à la largeur des cames on s'aperçoit que les portées restantes ne peuvent plus supporter les efforts que nécessite une telle réalisation. L'invention vise à allonger considérablement la longueur de portée entre les cames et l'arbre, sans pour autant modifier les dimensions utiles des cames de façon à ce que, meme lorsque la came se trouve à un entre-croisement, la portée des cannelures sera telle qu'elle pourra satisfaire aux exigences mécaniques que nécessite une telle modification du cycle. L'invention est caractérisé en ce que les cames d'une catégorie (admission ou échappement selon le choix du constructeur) sont prolongées par un tourillon et les cames de la seconde catégorie sont prolongées, sur leurs deux cotés par les entretoises d'espacement d'entre-cames, et en ce que l'intérieur des tourillons et des entretoises sont pourvus sur toute leur longueur interne, de cannelures hélicoidales prolongeant les cannelures des cames dont elles font parties. L'entrainement de l'arbre s'effectue par un pignon relier au vilebrequin. Ce pignon, monté sur l'arbre, coopère avec lui par des cannelures hélicoidales qui épousent les memes rainures de l'arbre qui servent à l'entrainement des cames d'admission. Pour augmenter également la longueur de porté de cannelure entre le pignon et l'arbre, un développement de l'invention qui en tient compte est caractérisé par le fait que le pignon est prolongé par le premier tourillon lorsque la première came est une came d'échappement, et par le premier tourrillon et la première came lorque celle-ci est une came d'admission et en ce que l'intérieur de ces prolonsont pourvus de cannelures héliciodales prolongeant celles du pignon dont elles font parties. L'ensemble formé par toutes les cames et par le pignon d'entrainement ne peut se déplacer axialement et est maintenu à cet effet par le bloc moteur. Seul l'arbre peut etre déplacé axialement. Ainsi en le déplacant axialement pendant la rotation du moteur on obtient les modifications suivantes du cycle: a) une avance angulaire de l'arbre par rapport au pignon ceci en raison de leur liaison par cannelures hélicoidales; b) une annulation de cette variation angulaire pour les cames d'admission en raison du meme sens d'enroulement de leurs cannelures et de celles du pignon d'entrainement; c) une multiplication de l'avance angulaire pour les cames d'échappement par le fait du sens inversé de la liaison hélicoidale entre ces cames et le pignon d'entrainement. Pour déplacer axialement l'arbre afin d'obtenir l'effet de ralentissement recherché, l'invention prévoie un cylindre dans lequel coulisse un piston qui, mu par la pression d'un fluide préalablement commandé par le conducteur, exercera sur l'arbre, un effort suffisant pour le déplacer axialement et provoquer le déplacement angulaire des cames d'échappement nécessaire au fonctionnement du frein moteur. L'invention prévoit un ressort de rappel pour faciliter le retour axial de l'arbre après une période de ralentissement pour le maintenir en position moteur ceci également pour que, sans reserve de pression de fluide, le moteur puisse etre mis en route ou etre maintenu en rotation. Pendant le fonctionnement du frein moteur, les gaz comprimés sont, tour à tour, rejetés dans le collecteur d'admission et dans le collecteur d'échappement pour etre réaspirer par la suite. La réaspiration de l'air au travers du collecteur d'échappement n'étant pas filtrée, pourrait de ce fait entrainer des dégradations du moteur, un développement de l'invention qui en tient compte est carctérisé en ce que la partie amont du collecteur d'admission et la partie aval du collecteur d'échappement sont dotées d'un volet pivotant qui, en ces périodes de freins moteur, osbtrue le passage des gaz, ce qui favorise également leur réaspiration. Pour assurer une certaine ventilation du moteur en ces périodes de ralentissement, un développement de l'invention qui en tient compte est caractérisé en ce que les deux volets décrits au paragraphe précédant, sont percés et pourvus d'un clapet qui n'autorise qu'une circulation d'air dans un sens de passage allant de l'admission vers l'échappement. L'invention s'applique principalement aux moteurs diesel des poids lourds. L'invention prévoit selon les besoins ou les dimensions de l'arbre, qu'il soit pourvu de plusieurs rainures de chaques catégories coopèrant respectivement avec une ou plusieurs cannelures de cames. On explique maintenant l'invention plus précisément à propos des dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 représente un arbre à deux catégories de rainures sur lequel est monté une came et qui montre la coopération de la cannelure 6 de la came 4 avec une catégorie de rainure 2 de l'arbre; la figure 2 est une projection éclatée représentant une came d'admission et une came d'échappement et qui montre tout particulièrement les prolongements 8,9 et 10 des cames 4 et 5 ainsi que les cannelures 6' et 7' de ces prolongements. la figure 3 est une coupe du pignon d'entrainement de l'arbre d'une première variante montrant particulièrement le pignon prolongé par le premier tourrillon et par la première came d'admission ainsi que les cannelures dont est pourvu l'intérieur du tourrillon et de la came; la figure 4 est une coupe du pignon d'entrainement de l'arbre d'une seconde variante et qui montre particulièrement le pignon prolongé seulement par le premier tourrillon et montre également les cannelures dont est pourvu l'intérieur de ce tourrillon. Sur la figure 1 on a désigné par 1 l'arbre, par 2 une catégorie de rainure, par 3 l'autre catégorie de rainure, par 4 une catégorie de came coopérant par sa cannelure 6 avec la rainure 3 de l'arbre 1, par 9 un prolongement d'espacement entre la came 4 et le précédant tourrillon 8, par 10 le prolongement d'espacement entre la came 4 et la came 5, par 15 un entre-croisement de deux rainures et par 18 la partie circulaire de la came 4. Sur la figure 2 on a désigné par 6 une cannelure de l'intérieur de la came 4, par 6' le prolongement de la cannelure 6 à l'intérieur du prolongement d'espacement 10, par 7 une cannelure de l'intérieur de la came 5, par 7' le prolongement de la cannelure 7 à l'intérieur du tourrillon 8 par 9 l'entretoise d'espacement prolongeant la came 4 entre celle-ci et le précédant tourrillon, par 10 l'entretoise d'espacement prolongeant la came 4 vers la prochaine came 5, par 18 la partie circulaire de la came 4 et par 19 l'entretoise d'espacement entre la came 5 et le tourrillon 8. Sur la figure 3 on a désigné par 11 le pignon d'entrainement de l'arbre, par 12 la denture du pignon 11, par 13 le premier tourrillon de l'arbre, par 14 la première came de l'arbre qui est une came d'admission reliée au tourrillon 13, lui-meme relié au pignon 11, par 17 les cannelures de l'intérieur du pignon 11, prolongées par les cannelure 17' à l'intérieur du tourrillon 13 et de la came 14. Sur la figure 4 on a désigné par 11 le pignon d'entrainement de l'arbre, par 12 la denture du pignon 11, par 13 le premier tourrillon de l'arbre, par 17 les cannelures de l'intérieur du pignon 11 prolongées jusqu'en 17' à l'intérieur du tourrillon 13. Les cannelures 17 prolongées jusqu'en 17' coopèrent avec les rainures de l'arbre qui sont réservées aux cames d'admission. - R E V E N D I C A T I O N S 1. Arbre à cames modulaires comprenant un arbre (1) pourvu de deux catégories de rainures hélicoidales à sens d'enroulement différent (2 et 3), et de cames (4 et 5), montées sur cet arbre et pourvues de cannelures hélicoidales (6 et 7) coopérant, pour les cames d'admission avec une catégorie de rainures et pour les cames d'échappement avec l'autre catégorie de rainures, caractérisé en ce que chaque came d'une catégorie (5) est prolongée d'un tourrillon (8) et chaque came de l'autre catégorie (4) est prolongée par les entretoises d'espacement d'entre-cames (9 et 10) et en ce que l'intérieur de ces prolongements sont pourvus de cannelures (6' et 7') prolongeant elles-meme les cannelures (6 et 7) des cames auxquelles elles s'y rattachent. 2. Arbre à cames modulaires selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'intérieur du pignon d'entainement de l'arbre est pourvu de cannelures héliciodales (17) identiques aux cannelures des cames d'admission 3. Arbre à cames modulaires selon la revendication 2 caractérisé en ce que le pignon (11) est prolongé d'un tourrillon (13) selon une variante ou est prolongé d'un tourrillon (13) et d'une came d'admission (14) selon une autre variante et en ce que ce tourrillon (13) et cette came (14) sont pourvus de cannelures hélicoidales (17') prolongeant les cannelures (17) du pignon (11).