Brevet FR2709786A1 — publié le 19950317

ARBRE A CAMES POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE L'invention se rapporte à un arbre à cames pour moteur à combustion interne destiné notamment à équiper un véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement un arbre à cames de type composite comportant deux arbres emboîtés qui peuvent être déplacés angulairement l'un par rapport à l'autre, d'une valeur angulaire donnée, chacun de ces arbres supportant des cames dont ils sont solidaires en rotation. On sait que, pour optimiser les émissions de polluants et diminuer la consommation des moteurs à combustion interne, les différentes phases de fonctionnement d'un moteur à combustion interne nécessite un réglage distinct des lois d'ouverture des soupapes d'admission et d'échappement de façon à ajuster notamment, le recouvrement des périodes d'admission et d'échappement. -2 - Ainsi un faible recouvrement des périodes d'ouverture des soupapes d'échappement et d'admission est nécessaire dans le domaine des charges partielles et des petites vitesses de rotation du moteur, tandis qu'un recouvrement important est avantageux dans le domaine des hauts régimes. Le déphasage des périodes d'ouverture des soupapes peut être réalisé relativement simplement lorsque les soupapes d'échappement et d'admission d'un moteur à combustion interne sont associées à des arbres à cames individuels. Cela s'avère plus difficile dans le cas o l'ouverture de l'ensemble des soupapes d'admission et d'échappement est assuré par un seul arbre à cames. Le brevet européen EP-A-254.058 divulgue un arbre à cames du type composite, comportant donc deux arbres montés de manière tournante concentriquement l'un à l'autre, dont l'un est solidaire des cames commandant l'ouverture des soupapes d'admission et l'autre, des cames commandant l'ouverture des soupapes d'échappement. Les deux arbres sont reliés à un système d'entraînement comportant un mécanisme déphaseur destiné à provoquer la variation des positions angulaires relatives suivant le fonctionnement du moteur. Les cames couplées avec l'arbre intérieur sont montées de manière tournante sur l'arbre extérieur lequel est monté dans des paliers fixes de manière tournante et axialement immobile et présente dans le sens circonférentiel des fentes -3 - qui sont traversées radialement par des boulons de fixation qui assurent l'accouplement des cames montées de manière tournante sur l'arbre extérieur avec l'arbre intérieur. Le système de fixation proposé présente certains inconvénients qui rendent peu fiable l'utilisation de l'arbre à cames composite. Un tel système suppose en effet le perçage des cames solidaires de l'arbre intérieur, ce qui est particulièrement difficile à réaliser compte tenu de la dureté des matériaux utilisés. De plus les perçages ne peuvent intervenir que dans la zone de repos ou "dos" des cames, il en résulte qu'il n'est possible d'utiliser qu'un seul boulon de fixation par came et encore un boulon de faible dimension notamment axiale. Il y a donc un risque manifeste que ce type de fixation ponctuelle, très sollicité lors du fonctionnement du moteur, vienne à rompre par fatigue en entraînant d'importants dommages pour le moteur. L'insuffisance un tel système de fixation a également été soulignée dans la demande de brevet français FR-A-2.649.443 o il y est indiqué que manifestement ce type de fixation ponctuelle peut conduire à une déformation de l'élément d'arbre situé intérieurement, dans la région de la fixation par boulon, lorsque la came est exposée à un fort couple de rotation. La présente invention se propose donc de remédier à ces inconvénients en proposant un arbre à cames composite comportant un système -4d'accouplement des cames montées de manière tournante sur l'arbre extérieur avec l'arbre intérieur à la fois extrêmement fiable et extrêmement simple à réaliser. On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description présentée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en se référant au dessin annexé, dans lequel: - la figure 1 est une vue partielle en perspective d'un arbre à cames conforme à l'invention; - la figure 2 est une coupe longitudinale de l'arbre à cames selon la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 est une coupe transversale agrandie de l'arbre à cames selon la ligne III-III de la figure 2. Conformément aux figures, seuls les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés. Pour faciliter la compréhension des dessins les mêmes éléments reçoivent les mêmes signes de référence dans les différentes figures. L'arbre à cames composite pour moteur à combustion interne du type multicylindre en ligne que représentent les figures 1 à 3, comprend un arbre intérieur 3 et un arbre extérieur creux 1. -5 - L'arbre extérieur 1 qui est destiné à être monté de manière tournante dans des paliers fixes du moteur loge concentriquement l'arbre intérieur 2, ce dernier pouvant être déplacé angulairement par rapport à l'arbre extérieur. Un système d'entraînement non figuré, n'ayant aucune relation avec l'invention, assure la commande en rotation des deux arbres, ce système d'entraînement comportant un mécanisme déphaseur destiné à provoquer la rotation des arbres intérieur et extérieur l'un par rapport à l'autre sur un angle de rotation donné suivant le fonctionnement du moteur. Chacun des arbres est lié à un groupe de cames distinct destinées à commander l'ouverture des soupapes du moteur. L'arbre extérieur 1 supporte les cames de commande des soupapes d'échappement non figurées. Ces cames d'échappement sont solidarisées en rotation avec l'arbre extérieur par exemple par frettage. L'arbre extérieur 1 comporte de plus des surfaces de portées également non figurées, destinées à tourner dans des paliers fixes du bloc moteur pour assurer le guidage en rotation de l'arbre à cames composite. Les cames 4 et 6 de commande des soupapes d'admission, montées libres en rotation sur l'arbre extérieur 1, sont elles solidarisées en rotation avec l'arbre intérieur 3. Le mode d'exécution de ces cames est plus particulièrement décrit en regard des figures 2 et 3. -6 - Les cames 4 et 6 destinées à commander les soupapes d'admission sont portées dans la mesure du possible par groupe de deux sur des manchons 2. Chaque manchon 2 est formé d'une pièce oblongue présentant un alésage central cylindrique. Il supporte donc deux cames d'admission 4 et 6 disposées aux deux extrémités axiales de part et d'autre d'une surface périphérique centrale de portée 5. Cette surface de portée 5 est destinée à être montée tournante dans un palier fixe du bloc moteur. Conformément à l'invention, les surfaces de portées de l'arbre à cames composite dans les paliers correspondants du moteur, se composent donc de surfaces de portées 5 solidaires de l'arbre intérieur 3 et de surfaces de portée directement solidaires de l'arbre extérieur 2. Le manchon 2 est ajusté glissant sur l'arbre extérieur de façon à être parfaitement libre en rotation et est fixé à l'arbre intérieur 3 par l'intermédiaire d'une goupille 7 constituée d'un axe cylindrique venant se loger respectivement dans un alésage cylindrique correspondant 8 usiné radialement à travers le manchon 2 et débouchant par ses deux extrémités au droit de la surface de portée 5, et dans un alésage cylindrique correspondant 10 traversant radialement l'arbre intérieur 3. Des évidements 9 sont prévus sur l'arbre extérieur 1 pour permettre le passage de la goupille 7, la largeur de ces évidements 9 est -7dimensionnée pour permettre une certaine rotation de l'arbre intérieur 3 par rapport à l'arbre extérieur 1. Ainsi grâce à l'invention, il est possible en utilisant une seule goupille de solidariser en rotation deux cames d'admission à l'arbre intérieur et ce, sans venir altérer la surface de ces dernières. La goupille 7 traversant de part en part le manchon 7 et l'arbre intérieur 3 permet une solidarisation particulièrement solide des cames 4 et 6 à l'arbre 3. Il est toutefois possible de prévoir un système de fixation utilisant une ou plusieurs goupilles de moindre longueur venant par exemple se loger dans un trou borgne correspondant porté par l'arbre intérieur. La meilleure répartition des efforts transmis du fait du positionnement décalé des cames autour de la pièce 2, contribue également à réduire les contraintes de cisaillement auxquelles est soumise la goupille 7 et à diminuer les déformations de l'arbre intérieur 3. De plus, le positionnement de la goupille 7 au droit d'un palier, assure un verrouillage particulièrement simple et efficace de la goupille, empêchant tout retrait accidentel une fois l'arbre à cames en place, et assure donc un fonctionnement totalement fiable contrairement à l'art antérieur précité dans lequel les boulons de fixation peuvent se dévisser librement sous l'effet des vibrations affectant le fonctionnement de l'arbre composite. -8- Le système de fixation selon l'invention permet d'améliorer le fonctionnement de l'arbre composite. En effet l'huile de lubrification au contact de la surface de portée 5 peut pénétrer via les différents perçages 8 et 9 au niveau de l'arbre intérieur 3, on peut par exemple prévoir une rainure longitudinale à la périphérie de la goupille 7. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. Ainsi dans le cas de moteur comportant un nombre impair de cylindres, on peut prévoir un manchon portant seulement une came et une surface de portée. -9- REVENDICATIONS [1] Arbre à cames pour commander l'ouverture des soupapes d'un moteur à combustion interne, comprenant un arbre intérieur (3) et un arbre extérieur creux (1) destiné à être monté de manière tournante dans des paliers fixes du moteur de manière tournante, ledit arbre extérieur logeant concentriquement le précédent et autorisant des variations de positions angulaires relatives, chacun desdits arbres (1,3) supportant un groupe de cames (4,6) dont ils sont solidaires en rotation, caractérisé en ce qu'au moins une des cames (4,6) solidaires dudit arbre intérieur (3) est portée par un manchon (2) monté glissant sur l'arbre extérieur (1), ledit manchon (2) portant également au voisinage de ladite came, une surface de portée (5) s5 destinée à être montée de manière tournante dans un palier fixe du moteur. [2] Arbre à cames selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux cames (4,6) sont portées par un même manchon (2), les deux cames s'étendant aux deux extrémités longitudinales du manchon (2) de part et d'autre de la surface de portée (5). [3] Arbre à cames selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que ledit - lO - manchon (2) est solidarisé à l'arbre intérieur (3) au moyen d'une goupille (7), ladite goupille venant se loger respectivement dans un alésage correspondant (8) dudit manchon (2) débouchant au droit de la surface de portée (5) et dans un alésage correspondant (10) de l'arbre intérieur (3). [4] Arbre à cames selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que l'arbre intérieur est solidaire des cames commandant l'ouverture des soupapes d'admission dudit moteur.