Brevet FR2741667A1 — publié le 19970530

La présente invention concerne un mécanisme à soupape d'échappement pour moteur à combustion interne, comprenant au moins une soupape d'échappement dans chaque cylindre, un culbuteur destiné à chaque cylindre et monté sur un arbre de culbuteur afin qu'il commande la soupape d'échappement, un arbre à cames, un élément de came pour chaque culbuteur, l'élément de came coopérant avec un dispositif donnant un mouvement de basculement au culbuteur lorsque l'arbre à cames tourne, et un circuit hydraulique comprenant un dispo- sitif à soupape et un dispositif commandé par une force, destiné à ouvrir la soupape d'échappement pendant une course du moteur autre que la course d'échappement. Le document SE-A-468 132 décrit un mécanisme à soupape d'échappement du type précité qui, avec un type spécial d'arbre à cames possédant à petit lobe supplémentaire de came, peut être utilisé pour accroître l'effet de freinage du moteur. Le lobe supplémentaire de came à des dimensions telles que sa hauteur de soulèvement correspond approxima- tivement au jeu normal de la soupape dans le mécanisme à soupape. La réduction du jeu de la soupape à une valeur nulle à l'aide du mécanisme de suppression de jeu de soupape permet un soulèvement supplémentaire de la soupape d'échap- pement afin qu'il corresponde au jeu normal de la soupape pendant un intervalle convenable de temps. Par exemple, le lobe supplémentaire de came peut être disposé par rapport au lobe ordinaire de came de manière que le soulèvement supplé- mentaire de la soupape d'échappement soit obtenu pendant une partie postérieure de la course de compression, si bien qu'une partie du travail de compression de la course de compression est perdue et n'est pas récupérée pendant la course de détente. Le résultat est une augmentation de la puissance au frein du moteur. Dans un autre mécanisme à soupape connu d'après le document PCT/SE 94/00370 du type spécifié dans l'introduc- tion, le dispositif mécanique d'entraînement décrit précé- demment sous forme d'un lobe supplémentaire de came placé sur l'élément de came de l'arbre à cames est remplacé par un dispositif hydraulique d'entraînement qui est commandé par le lobe de came ordinaire de l'élément de came. Grâce à cette disposition, il est possible de régler la fermeture de la soupape d'échappement afin qu'elle soit la même en mode moteur et en mode de frein, cette disposition n'étant pas possible avec le premier mécanisme précité dans lequel le soulèvement maximal de la soupape d'échappement ne peut pas être utilisé en mode moteur. Ces deux mécanismes connus à soupape d'échappement ont en commun l'utilisation d'un dispositif de suppression de jeu de soupape sous forme d'un piston hydraulique placé dans une chambre de cylindre disposée dans une première extrémité du culbuteur. Le piston possède une surface de pression qui repousse l'extrémité de la broche de la soupape d'échappe- ment. Cela signifie que la force de réaction opposée à la force d'ouverture agissant sur la broche de la soupape d'échappement est transmise à l'ensemble du système de la soupape. En particulier, la pression de surface existant entre l'élément de came et un galet de came, placé à son contact, peut être relativement élevée, lorsque la soupape est utilisée comme soupape de décompression, c'est-à-dire lorsqu'elle est ouverte en présence d'une pression élevée de compression. La présente invention a pour objet la réalisation d'un mécanisme à soupape d'échappement du type décrit dans l'introduction, qui peut être utilisé pour l'application d'une plus grande puissance de freinage que celle qui est obtenue lorsque la limite est réglée par la pression maximale permise à la surface entre les divers éléments du système à soupape. Ce résultat est obtenu selon l'invention parce que le dispositif commandé par une force est disposé de manière que la force de réaction due à la force du dispositif commandé par une force, dans la direction d'ouverture de la soupape d'échappement, est encaissée par des éléments qui se trouvent à l'extérieur du mécanisme à soupape. L'invention repose sur le principe selon lequel l'arbre à cames est utilisé de manière classique uniquement pour ouvrir la soupape d'échappement dans la course ordinaire d'échappement du moteur, alors que, aux autres moments, la rotation de l'arbre à cames en mode de freinage n'est utilisée que pour la commande des dispositifs à soupape qui commandent eux-mêmes le dispositif commandé par une force. Dans un mode de réalisation préféré du mécanisme à soupape de l'invention, le dispositif commandé par une force comprend un cylindre et un piston hydraulique, ayant une tige passant dans un trou du culbuteur, le trou débouchant à une surface d'application de pression tournée vers une surface d'extrémité d'une broche de soupape raccordée à la soupape d'échappement, et le cylindre du dispositif à cylindre et piston est fixé à une partie fixe du moteur au- dessus du culbuteur. La principale différence entre la réalisation selon l'invention et celle du mécanisme connu à soupape indiqué dans l'introduction est que le cylindre du piston qui ouvre la soupape d'échappement dans une course autre que la course d'échappement, est placé dans une position fixe du moteur et non à l'extrémité du culbuteur, et la tige du piston, en mode de freinage, pousse comme indiqué précédemment contre l'extrémité de la broche de la soupape d'échappement. En plus de l'avantage du mécanisme à soupape selon l'invention selon lequel aucune force supplémentaire n'est transmise aux divers éléments du mécanisme en mode de freinage, un avantage supplémentaire important est obtenu en ce que la courbe de soulèvement de la soupape d'échappement en mode moteur ne doit pas être affectée lorsqu'un mécanisme clas- sique de soupape de moteur est remplacé par un mécanisme à soupape d'échappement selon l'invention. Les courbes de soulèvement en mode moteur et en mode de freinage peuvent donc être les mêmes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique en élévation laté- rale d'un exemple de réalisation de mécanisme à soupape d'échappement selon l'invention, la figure 2 représente la courbe de soulèvement de la soupape d'échappement en mode moteur, et la figure 3 représente la courbe de soulèvement de la soupape d'échappement en mode de freinage. Sur la figure 1, la référence 1 désigne une soupape d'échappement placée dans un cylindre (qui n'est pas repré- senté plus en détail) dans un moteur à combustion interne. La soupape 1 possède une broche 3 qui peut se déplacer dans un guide 2 et qui est rappelée vers la position de fermeture par un ressort 4. L'extrémité externe de la broche 3 porte un disque 5 ayant une surface 6 tournée vers le haut et tournée vers une surface 7 de pression d'un culbuteur 8 qui est monté afin qu'il puisse pivoter sur un arbre 9 de culbuteur. A une première extrémité du culbuteur 8, une vis de réglage de jeu possède une bille 11 qui est placée dans un trou taraudée. Le moteur pour lequel le mécanisme à soupape est réalisé est du type à tige de culbuteur, et le culbuteur 8 a un mouvement de basculement donné par un élément 12 de came placé sur un arbre à cames 13 monté dans un bloc-moteur, par l'intermédiaire d'un organe 14 de soulè- vement de soupape ayant un toucheau 15 de came et une tige- poussoir 16. A une position fixe du moteur, par exemple dans un pontet 20 placé à la partie supérieure de la culasse du moteur, un cylindre 21 ayant un piston 22 et une soupape 23 sont montés en position fixe. La soupape 23 comporte deux éléments obturateurs 25, 26 fixés à une broche 24. Les éléments obturateurs peuvent être mis en contact étanche avec les sièges 27 et 28 respectivement autour d'une entrée 29 d'une source d'un fluide hydraulique sous pression ou d'une sortie 30 vers le circuit hydraulique du moteur du côté d'aspiration respectivement. La chambre 31 de la soupape 23 communique avec la chambre 32 du cylindre 21 par un canal 32a. La broche 24 pénètre dans un cylindre 23 qui est raccordé à demeure au culbuteur 8 et est fixée à son extrémité externe à un élément 34 de piston placé avec un certain jeu réduit dans la chambre 35 du cylindre 33. La chambre 35 communique par un canal 36 de la broche 24 avec l'entrée 29 de la soupape. La chambre 35 a une section légèrement supérieure à celle de l'entrée 29 et celle de la sortie 30. Le piston 22 est raccordé à une tige 37 qui pénètre dans un trou 38 du culbuteur. Ce trou débouche au centre dans la surface 7 de pression du culbuteur 8. Le piston 22 est rappelé par un ressort 39 dans la position représentée sur la figure 7 dans laquelle son extrémité externe 41 est placée à l'intérieur de la surface de pression 7 lorsque le toucheau de came 15 est au contact de la partie de came à courbure circulaire de l'élément 12 de came entre le lobe ordinaire 12a de soulèvement et un lobe 12b dit "de charge", puis un lobe dit "de décompression" 12c suit. Un jeu "s" de soupape correspondant à la hauteur des lobes 12b et 12c se trouve entre la surface 6 tournée vers le haut du disque 5 et la surface 7 de pression du culbuteur. Dans une variante à l'utilisation d'une tige 37 passant dans un trou 38 du culbuteur 8, une tige de piston (non représentée) ayant deux fourchettes peut être utilisée, le culbuteur 8 étant placé entre elles si bien que le trou 38 est éliminé. En mode moteur normal, le fluide hydraulique de la canalisation d'alimentation rejoignant l'entrée 29 ne présente pas de surpression, et le mouvement d'ouverture et de fermeture de la soupape d'échappement 1 suit une courbe de soulèvement appelée "exv" sur la figure 2, sous la commande du lobe de soulèvement ordinaire 12a alors que le mouvement de basculement du culbuteur 8 suit la courbe "ra" due aux lobes supplémentaires 12b et 12c, le soulèvement maximal de ceux-ci correspondant au jeu "s" de la soupape. En mode moteur, la chambre 35 du cylindre est vide si bien que le mouvement du culbuteur n'est pas affecté notablement par la soupape 23. La transition en mode de freinage est obtenue à l'aide d'un dispositif de commutation (non représenté), et une pression hydraulique très élevée, par exemple de l'ordre de bar, s'accumule dans la canalisation rejoignant l'entrée 29 de la soupape 23 et dans la chambre 35 du cylindre de part et d'autre de l'élément de piston 34. Comme la chambre 35 a une section plus grande que l'entrée 29, les éléments obturateurs sont maintenus dans la position représentée jusqu'à ce que, depuis la position de l'élément de came de la figure 1, le lobe 12b de charge passe au niveau du toucheau de came 15. Le mouvement correspondant du culbu- teur, du fait de la viscosité du fluide hydraulique présent dans la chambre 35, provoque d'abord une attraction de la broche 24 de la soupape par le mouvement de descente du culbuteur 8, si bien que l'élément obturateur supérieur 24 ouvre l'entrée 29, l'élément obturateur inférieur fermant la sortie 30, si bien que la chambre 32 du cylindre est mise sous pression. Le piston 22 est chassé vers le bas et l'extrémité de sa tige vient frapper le disque 5 si bien que la soupape d'échappement s'ouvre rapidement. Pendant le mouvement de basculement vers le haut du culbuteur 8, la broche de la soupape se déplace dans l'autre sens si bien que l'entrée 29 est fermée et la sortie 30 est ouverte, la chambre 32 étant alors évacuée et le piston 22 revenant vers la position représentée, et la soupape d'échappement 1 se ferme. La figure 3 représente la courbe de soulèvement de la soupape d'échappement "exv" et la courbe "ra" du mouvement de basculement du culbuteur 8 en mode de freinage. Le dispositif d'amortissement formé par le cylindre 33 et le piston 34 permet au culbuteur 8, pendant le soulèvement ordinaire de la soupape, de continuer à pivoter vers le bas sans être gêné par la broche 24 car le fluide hydraulique peut s'écouler de la chambre 35 au-dessus du piston 34 vers la chambre formée sous le piston lorsque la soupape a atteint sa position inférieure. A la valeur de crête, c'est- à-dire lors du passage à la partie supérieure de la courbe de soulèvement, la viscosité du dispositif d'amortissement provoque un retour immédiat de la soupape 23 si bien que le cylindre 21 est évacué et la tige 37 du piston revient vers la position indiquée sur la figure 1. Le résultat est que la courbe de soulèvement "exv" de la soupape d'échappement pendant la course habituelle d'échappement en mode de frei- nage est exactement la même qu'en mode moteur. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses élé- ments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Mécanisme à soupape d'échappement pour moteur à combustion interne, comprenant au moins une soupape d'échap- pement (1) dans chaque cylindre et, pour chaque cylindre, un culbuteur (8) monté sur un arbre de culbuteur pour la commande de la soupape d'échappement, un arbre à cames (13), un élément de came (12) pour chaque culbuteur, l'élément de came coopérant avec un dispositif donnant un mouvement basculant au culbuteur lorsque l'arbre à cames tourne, et un circuit hydraulique ayant un dispositif à soupape et un dispositif commandé par une force, qui peut être commandé pour l'ouverture de la soupape d'échappement pendant une course du moteur autre que la course d'échappement, caractérisé en ce que le dispositif commandé par une force (21, 22) est disposé afin que la force de réaction à la force du dispositif commandé par une force dans la direction d'ouverture de la soupape d'échappement (1) est encaissée par des éléments (20) qui se trouvent à l'extérieur du mécanisme à soupape. 2. Mécanisme à soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif à soupape (23) possède un dispositif de manoeuvre (24, 33, 34) coopérant avec le culbuteur (8), ce dispositif, lors du mouvement de bascu- lement du culbuteur (8) dans la direction d'ouverture de la soupape d'échappement, ouvrant une communication (29) entre une source d'un fluide sous pression et une chambre de manoeuvre (32) du dispositif commandé par une force (21, 22) de manière qu'il soit commandé en provoquant l'ouverture de la soupape d'échappement et, lors du mouvement de bascu- lement du culbuteur dans l'autre sens, il ferme la communi- cation et ouvre une communication (30) d'évacuation de la chambre de manoeuvre (32) et ferme la soupape d'échappement (1). 3. Mécanisme à soupape selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif commandé par une force est un dispositif à cylindre et piston hydraulique (21, 22) possédant une tige (37) de piston passant dans un trou (38) du culbuteur (8), le trou débouchant à une surface de pression (7) tournée vers une surface d'extrémité (6) sur une broche (3) de soupape raccordée à la soupape d'échap- pement, et le cylindre (21) du dispositif à cylindre et piston est fixé à une partie fixe (20) du moteur au-dessus du culbuteur (8). 4. Mécanisme à soupape selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif commandé par une force est un dispositif à cylindre et piston hydraulique (21, 22) qui possède une tige de piston ayant deux branches entre lesquelles est placé le culbuteur, le culbuteur (8) placé entre les broches a une surface de pression tournée directement vers une surface d'extrémité (6) d'une broche (3) de soupape raccordée à la soupape d'échappement, et le cylindre (21) du dispositif à cylindre et piston est fixé contre une partie fixe (20) du moteur au-dessus du culbuteur (8). 5. Mécanisme à soupape selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le dispositif à cylindre et piston (21, 22) est du type à simple effet et son piston (22) est rappelé par un ressort (39) vers une position dans laquelle une extrémité externe (41) de la tige de piston (37) se trouve à l'intérieur de la surface de pression (7) du culbuteur. 6. Mécanisme à soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément de came (12) possède, en plus d'un lobe de soulèvement (12a) qui ouvre la soupape d'échappement (1) dans la course ordi- naire d'échappement du moteur, au moins un lobe supplémen- taire de soulèvement (12b, 12c) dont la hauteur de soulèvement correspond au jeu (s) de la soupape du moteur. 7. Mécanisme à soupape selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le dispositif de manoeuvre du dispositif à soupape (23) coopérant avec le culbuteur (8) est un dispositif hydraulique d'amortissement (33, 34). 8. Mécanisme à soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le dispositif coopérant avec l'élément de came (12) comporte un toucheau de came (15), un organe (14) de soulèvement de soupape, et une tige-poussoir (16) placée entre l'organe de soulèvement de soupape et le culbuteur.