Brevet FR2706945A1 — publié le 19941230

La présente intervention concerne une commande de soupape pour un moteur à combustion interne comportant au moins une soupape d'admission et une soupape d'échappement par cylindre, un premier culbuteur qui coopère avec une soupape et avec une première came d'un arbre à cames pour un premier domaine de vitesses de rotation, un deuxième culbuteur qui coopère avec une deuxième came de l'arbre à cames pour un deuxième domaine de vitesses de rotation et est maintenu en contact avec cette dernière au moyen d'au moins un ressort et des moyens d'accouplement pour relier ou séparer les culbuteurs. Dans des commandes de soupape de ce type, connues par exemple par le brevet allemand 3800347, le ou les premiers culbuteurs sont pressés contre la ou les premières cames par le ressort de soupape de la soupape correspondante alors qu'il est prévu un ressort particulier pour presser le deuxième culbuteur sur sa came. Ce ressort doit être conçu de telle manière que le deuxième culbuteur soit pressé contre sa came de manière permanente dans l'ensemble du domaine de vitesses de rotation, c'est-à-dire aussi bien pendant la phase du cercle de base qu'également pendant la phase de levée; cela nécessite une force de ressort qui correspond approximativement à celle des ressorts de soupape. Du fait de la force relativement élevée de pression qui agit en permanence, il se produit une usure élevée sur la deuxième came et sur le deuxième culbuteur. Pour réduire cette usure, il est connu (demande de brevet européen 264253) de prévoir, pour presser le deuxième culbuteur sur sa came, deux ressorts de forces différentes disposés l'un derrière l'autre et qui s'appuient l'un sur l'autre grâce à quoi, pendant la phase du cercle de base, le ressort le plus fort est détendu et le culbuteur est pressé sur sa came seulement par le ressort le plus faible. Dans la phase de levée, c'est le ressort le plus faible qui est comprimé en premier et, ensuite, par son intermédiaire, le ressort le plus fort est comprimé de telle sorte que le deuxième culbuteur est alors soumis à une force de pression importante qui est nécessaire pour assurer le contact du deuxième culbuteur avec sa came pendant la phase de levée. Dans ce cas, un inconvénient est que, lors de la transition de la phase du cercle de base à la phase de levée, après la compression du ressort le plus faible, le ressort le plus fort agit seulement avec une fraction de sa force car il se trouve dans un état détendu et, en prenant pour hypothèse une caractéristique normale linéaire du ressort, ce n'est que pour une compression déterminée qu'il développe toute sa force et, de ce fait, il est nécessaire de prévoir un ressort très rigide présentant une déflexion élevée, ce qui peut conduire à une force de pression excessive pour la levée maximale. L'invention a pour but d'obtenir, dans une commande de soupape du type générique décrit ci-dessus, une réduction du frottement et de l'usure du deuxième culbuteur sur sa came. Conformément à l'invention, ceci est obtenu par le fait que le ressort repose, directement ou indirectement, avec une tension préliminaire ou pré- tension sur une butée fixe dont il est dégagé seulement après le parcours de la phase du cercle de base de la came par le deuxième culbuteur. Selon la proposition conforme à l'invention, dans un premier exemple de réalisation comportant un ressort plus faible et un ressort plus fort, le deuxième culbuteur est pressé contre sa came, pendant la phase du cercle de base, seulement par le ressort le plus faible. Mais, au début de la phase de levée, après la compression du ressort le plus faible, le ressort le plus fort agit aussitôt avec une force importante car il n'est pas comprimé en partant d'un état détendu mais il agit aussitôt sur le deuxième culbuteur avec la pré- tension choisie. De ce fait, on assure un appui constant du deuxième culbuteur sur sa came également pour des vitesses de rotation élevées. Le ressort le plus fort peut s'appuyer sur la butée fixe par l'intermédiaire d'une coupelle de ressort sur la face de laquelle, qui est opposée à celle du ressort, s'appuie le deuxième culbuteur par l'intermédiaire du ressort le plus faible. Le ressort le plus faible peut être constitué par une pièce en élastomère ou par une rondelle élastique. Le ressort le plus fort peut être un ressort à boudin qui est disposé sur un tube fixe recevant une bougie d'allumage ou une soupape d'injection entre une première coupelle de ressort reliée au tube et une deuxième coupelle de ressort disposée à coulissement sur le tube. La deuxième coupelle de ressort présente un prolongement de forme tubulaire qui entoure le tube et qui s'appuie sur la butée fixe. Le ressort le plus faible entoure de ce fait le prolongement et s'appuie sur la face de la deuxième coupelle de ressort qui est opposée à celle du ressort le plus fort et le deuxième culbuteur repose sur le ressort le plus faible par l'intermédiaire d'une bague d'appui qui entoure le prolongement et qui est montée à coulissement par rapport à ce dernier. Dans ce but, la bague d'appui est réalisée en matériau résistant à l'usure, alors que la deuxième coupelle de ressort comportant le prolongement tubulaire peut être réalisée en métal léger pour un gain de poids. Le ressort le plus faible peut également être relié aussi bien à la bague d'appui qu'également à la deuxième coupelle de ressort de manière à constituer une seule pièce. Dans le deuxième exemple de réalisation de l'invention qui ne comporte qu'un seul ressort, pendant la phase du cercle de base, il n'y a pas du tout de contact entre le deuxième culbuteur et sa came de telle sorte qu'il ne se produit un contact par glissement que pendant la phase de levée. Du fait que le ressort presse le deuxième culbuteur sur la butée, le deuxième culbuteur est pressé contre sa came tout de suite avec la pré-tension du ressort au début de la phase de levée qui a pour conséquence une séparation du deuxième culbuteur de la butée, grâce à quoi on assure un appui du deuxième culbuteur sur sa came pendant la phase de levée également pour des vitesses de rotation élevées. La distance entre la surface de frottement du deuxième culbuteur et sa came pendant la phase du cercle de base peut correspondre au jeu usuel des soupapes et vaut donc seulement une fraction de millimètre. Deux exemples de réalisation de l'invention sont décrits ci- après en se référant aux dessins ci-annexés sur lesquels: - la figure 1 représente une commande de soupape en coupe verticale selon la ligne I-I de la figure 2; - la figure 2 représente une coupe selon la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 est un diagramme montrant la courbe de la force de pression agissant sur le deuxième culbuteur; - la figure 4 représente une autre commande de soupape analogue à celle de la figure 1 en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 5; - la figure 5 est une coupe selon la ligne V-V de la figure 4, et - la figure 6 est une coupe selon la ligne VI-VI de la figure 4. Sur les figures 1 à 3, on a représenté une commande de soupape pour deux soupapes d'admission E. Chaque soupape E est soumise à l'action d'un ressort 1 qui agit dans le sens de la fermeture. Les soupapes sont actionnées par des cames particulières 2, 3 d'un arbre à cames 4 par l'intermédiaire de premiers culbuteurs 5 qui sont montés dans des paliers à rotation autour d'un axe fixe commun 6 et qui peuvent être maintenus en contact avec leurs cames 2, 3 par les ressorts de soupape 1 pendant leurs phases de levée. Les cames 2 et 3 ont de préférence des profils de came différents pour obtenir pour les différentes soupapes d'admission une course différente, un temps d'ouverture différent et/ou des instants de commande différents et créer des conditions optimales dans la zone des vitesses de rotation basses et des vitesses de rotation moyennes du moteur à combustion interne. Entre les deux cames 2 et 3, sur l'arbre à cames 4, est disposée une autre came 7 dont le profil de came est conçu pour les conditions dans le domaine des vitesses de rotation élevées et commande donc par exemple une course plus grande et un temps d'ouverture plus long. Avec la came 7 coopère un deuxième culbuteur 8 qui peut être couplé avec le premier culbuteur 5 dans le domaine des vitesses de rotation élevées de telle sorte que dans ce domaine de vitesses de rotation, les soupapes E soient actionnées en fonction du contour de la came 7. L'extrémité libre du deuxième culbuteur 8 est munie d'une traverse 9 qui s'étend devant et à une certaine distance des extrémités libres des premiers culbuteurs 5. Dans les premiers culbuteurs 5, sont prévus des perçages 10 radiaux par rapport à l'axe de rotation 6, qui sont alignés avec des perçages 11 aménagés dans la traverse quand les soupapes E se trouvent dans leur position de fermeture et que par conséquent les culbuteurs 5 et 8 parcourent les cercles de base de leurs cames 2, 3 et 7. Dans chaque perçage est prévu un piston 12 qui est monté à coulissement entre une première position interne (figure 2) et une deuxième position externe (figure 1) dans laquelle il est engagé dans le perçage 11 correspondant de la traverse 9. Dans la deuxième position, les pistons 12 relient ainsi les premiers culbuteurs 5 au deuxième culbuteur 6 de telle sorte que les soupapes sont actionnées selon le contour de la came 7. Le coulissement du piston 12 vers l'extérieur s'effectue au moyen d'un fluide sous pression qui est amené par l'intermédiaire d'un canal 14 qui est aménagé dans l'axe 6 et qui est en communication avec les perçages 10 par l'intermédiaire d'ouvertures 15 aménagées dans la paroi de l'axe 6. Si l'envoi du fluide sous pression est interrompu, les pistons 12 sont ramenés en arrière chacun par un ressort 13 dans leurs perçages 10 de telle sorte qu'alors le deuxième culbuteur 8 peut osciller de manière libre et que l'actionnement des soupapes s'effectue par l'intermédiaire des premiers culbuteurs 5 conformément au contour des cames 2 et 3 respectivement. Le ressort 13 s'appuie, d'une part, sur un insert 16 fixé dans le perçage 10 et, d'autre part, sur l'extrémité 17 d'un tube 18 qui est fixé au piston 12 et qui s'étend à travers l'insert 16. Chacun des culbuteurs 5 et 8 présente une surface de glissement 19 par laquelle il s'appuie sur sa came 2, 3 ou 7 respectivement. Le deuxième culbuteur est maintenu en contact avec sa came 7 par un système de ressorts qui, dans l'exemple de réalisation des figures 1 à 3, est disposé sur un tube 20 recevant une bougie d'allumage ou une soupape d'injection et qui agit sur des fourchons 21 du deuxième culbuteur 8 qui entourent partiellement le tube 20. Le système de ressorts (voir figure 1) comprend un premier ressort plus fort 22, qui est constitué par un ressort à boudin, et un deuxième ressort 23 plus faible, qui est constitué par une bague en élastomère. Le premier ressort 22 est disposé, avec une pré-tension, entre une première coupelle de ressort 24 reliée au tube 20 et une deuxième coupelle de ressort 25 montée à coulissement sur le tube 20 et présentant un prolongement 26 de forme tubulaire qui s'appuie sur une première butée fixe 27 constituée par une surface aménagée sur la tête de cylindre du moteur à combustion interne. Le deuxième ressort 23 s'appuie sur la face 28 de la deuxième coupelle de ressort 25, qui est opposée au ressort 22, et les fourchons 21 du deuxième culbuteur 8 s'appuient sur une bague d'appui 29 qui est montée à coulissement sur le prolongement 26, sur le deuxième ressort 23. Le deuxième ressort 23 peut être relié à la bague d'appui 29 et à la deuxième coupelle de ressort 25 de manière à constituer un seul élément. Pendant la phase du cercle de base qui est représentée sur la figure 1 et pendant laquelle les culbuteurs 5 et 8 parcourent les cercles de base de leurs cames 2, 3 et 7 respectivement, le deuxième culbuteur 8 n'est pressé sur sa came 7 que par le deuxième ressort plus faible 23 car le ressort plus fort 22 s'appuie sur la butée fixe 27 par l'intermédiaire du prolongement 26 de forme tubulaire. Après le parcours de la phase du cercle de base et au commencement de la phase de levée, les culbuteurs 5 et 8 sont basculés autour de l'axe 6 dans le sens des aiguilles d'une montre, les fourchons 21 du culbuteur 8 comprimant le deuxième ressort 23 jusqu'à ce que celui- ci arrive au blocage et, ensuite, sont soumis à l'effet du ressort 22 qui est pré-tendu. Le deuxième culbuteur 8 est donc pressé sur sa came 7 aussitôt après le début de la phase de levée avec une force qui correspond à la pré-tension du premier ressort 22 et cette force de pression augmente avec l'augmentation de l'angle de pivotement en fonction de la caractéristique du ressort 22. Sur la figure 3 on a représenté un diagramme qui montre de manière théorique la courbe de la force de pression agissant sur le deuxième culbuteur 8 pendant la phase de levée. Dans ce diagramme, P représente la force de pression et s le mouvement de coulissement de la bague d'appui 29 en correspondance avec le pivotement du deuxième culbuteur 8 par l'intermédiaire de la came 7. Jusqu'au début de la phase de levée, au point O, le culbuteur 8 est seulement chargé par la force de pré-tension du deuxième ressort 23 qui a, par exemple, une valeur de 3 N. Au début de la phase de levee, le deuxième ressort 23 est tout d'abord pressé jusqu'au blocage, grâce à quoi la force de pression augmente jusqu'à, par exemple, 10 N. A ce moment, la pré-tension du premier ressort 22, qui est représentée sur ce diagramme par le segment a, se met à agir, grâce à quoi la force de pression agissant sur le culbuteur 8 est augmentée jusqu'à une valeur de, par exemple, N. Dans la suite de la course, la force de pression augmente conformément au tracé de la ligne b qui est déterminée par la caractéristique du ressort 22. On peut voir à partir de ce diagramme de la figure 3 que, dans la phase du cercle de base, le culbuteur 8 n'est pressé qu'avec une très faible force sur sa came 7. Mais, juste après le début de la phase de levée, du fait de la pré-tension du premier ressort 22, il existe une force de pression élevée qui assure que le culbuteur 8 repose par sa surface de glissement 19 de manière constante sur sa came 7 même pour des vitesses de rotation élevées. Les figures 4 à 6 représentent un deuxième exemple de réalisation de l'invention. Les éléments analogues sont désignés par les mêmes références et ne seront pas décrits de nouveau. Dans ce cas, pendant la phase de levée, le deuxième culbuteur 8 est pressé avec sa surface de glissement 19 sur la came 7 au moyen d'un unique ressort de pression à boudin 30, ce ressort 30 étant disposé sur un tube 20' avec pré-tension entre une première coupelle de ressort 31 reliée au tube 20' et une deuxième coupelle de ressort 32 disposée à coulissement sur le tube 20'. La coupelle de ressort 32 s'appuie sur les fourchons 21 du deuxième culbuteur qui entourent partiellement le tube 20'. Sur un élément fixe 33 qui est normalement un élément constitutif de la tête de cylindre du moteur à combustion interne, est prévue une butée 34 sur laquelle le deuxième culbuteur est pressé pendant la phase du cercle de base par l'intermédiaire du ressort 30. La disposition est conçue de telle manière que la surface de glissement 19 n'est pas en contact avec le cercle de base de la came 7, comme cela est représenté sur la figure 4 de manière exagérée pour des raisons de clarté. Dans la pratique, la distance entre la surface de glissement 19 et le cercle de base de la came est de l'ordre de grandeur du jeu normal des soupapes. Grâce à cette disposition, on évite qu'il se produise un frottement entre la surface de glissement 19 et la came 7 dans la phase du cercle de base. Après le parcours de la phase du cercle de base et au début de la phase de levée, le deuxième culbuteur 8 est séparé de la butée 34 par la levée de la came 7, grâce à quoi le culbuteur est soumis à l'action du ressort 30 pré-tendu et est pressé avec une force correspondante sur la partie élevée de la came 7. Cette force de pression augmente avec l'augmentation du pivotement du deuxième culbuteur 8 par la partie élevée de la came 7 en fonction de la caractéristique du ressort 30. De ce fait, on réduit, d'une part, le frottement global entre le culbuteur 8 et la came 7, car il ne se produit un contact de glissement que pendant la phase de levée et, d'autre part, aussitôt après le début de la phase de levée on agit déjà avec la pré-tension du ressort 30 pour presser le culbuteur 8 sur la partie élevée de la came 7. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation représentés mais elle peut être utilisée également dans un dispositif d'actionnement de soupapes pour seulement une soupape ou pour plus de deux soupapes avec des commandes variables de soupape par cylindre. L'invention peut, de par son principe, être mise en oeuvre également pour des commandes de soupape de structures différentes dans lesquelles un culbuteur qui n'agit pas directement sur une soupape est pressé par un ressort particulier sur sa came. 1-1 REVENDICATIONS 1. Commande de soupape pour un moteur à combustion interne comportant: au moins une soupape d'admission et une soupape d'échappement par cylindre, - un premier culbuteur (5) qui coopère avec une soupape (E) et avec une première came (2 ou 3) d'un arbre à cames (4) pour un premier domaine de vitesses de rotation, - un deuxième culbuteur (8) qui coopère avec une deuxième came (7) de l'arbre à cames pour un deuxième domaine de vitesses de rotation et est maintenu sur cette dernière au moyen d'au moins un ressort, et - des moyens de liaison (12) pour relier ou séparer les culbuteurs (5, 8), caractérisée en ce que le ressort (22, 30) repose directement ou indirectement avec une pré- tension sur une butée fixe (26, 27, 34) dont il est séparé seulement après le parcours du cercle de base de la came par le deuxième culbuteur (8). 2. Commande de soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'on prévoit un ressort plus faible (23) et un ressort plus fort (22) et en ce que le ressort plus fort (22) s'appuie sur la butée fixe (27) par l'intermédiaire d'une coupelle de ressort (25) qui est montée à coulissement et sur la face (28) de laquelle, qui est opposée au ressort (22), le deuxième culbuteur (8) s'appuie par l'intermédiaire du ressort le plus faible (23). 3. Commande de soupape selon la revendication 2, caractérisée en ce que le ressort le plus faible (23) est constitué d'une pièce en élastomère. 4. Commande de soupape selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que le ressort le plus fort (22) est un ressort à boudin qui est disposé sur un tube (20) fixe recevant une bougie d'allumage ou une soupape d'injection, entre une première coupelle de ressort (24) reliée au tube et une deuxième coupelle de ressort (25) disposée à coulissement sur le tube (20), en ce que la deuxième coupelle de ressort (25) comporte un prolongement (26) de forme tubulaire qui entoure le tube (20) et s'appuie sur la butée fixe (27), en ce que le ressort le plus faible (23) entoure le prolongement (26) et s'appuie sur la face de la deuxième coupelle de ressort (25) qui est opposée au ressort le plus fort (22), et en ce que le deuxième culbuteur (8) s'appuie sur le ressort le plus faible (23) par l'intermédiaire d'une bague d'appui (29) entourant le prolongement et montée à coulissement relatif par rapport à ce dernier. 5. Commande de soupape selon l'ensemble des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que le ressort le plus faible (23) est relié à la bague d'appui (29) et à la deuxième coupelle de ressort (25) de manière à former une seule pièce. 6. Commande de soupape selon la revendication 4, caractérisée en ce que la deuxième coupelle de ressort (25) avec son prolongement tubulaire (26) est réalisée en métal léger. 7. Commande de soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que, pour le deuxième culbuteur (8), est prévue une butée fixe (34) qui empêche un contact entre la surface de glissement (19) de ce culbuteur et le cercle de base de la deuxième came (7), et en ce que le ressort (30) presse le deuxième culbuteur (8) avec pré-tension sur la butée (34). 8. Commande de soupape selon la revendication 7, caractérisée en ce que le deuxième culbuteur (8) est tourillonné entre deux premiers culbuteurs (5) sur un axe de rotation (6) commun et comporte une traverse (9) qui s'étend devant et à une certaine distance des extrémités libres des premiers culbuteurs (5), et en ce que les moyens de liaison sont constitués par des pistons (12) qui sont disposés à coulissement dans des perçages (10) radiaux par rapport à l'axe de pivotement (6) et aménagés dans les premiers culbuteurs (5) et qui, pour la liaison des premiers culbuteurs (5) au deuxième culbuteur (8), peuvent être engagés dans des perçages (11) qui sont disposés dans la traverse (9) du deuxième culbuteur (8), la butée (34) coopérant avec la traverse (9) pendant la phase du cercle de base du deuxième culbuteur (8).