Brevet FR2740171A1 — publié le 19970425

DISPOSITIF D'ACTIONNEMENT DE SOUPAPES ET MOTEUR THERMIQUE MULTICYLINDRES A SOUPAPES RADIALES UTILISANT UN TEL DISPOSITIF D'ACTIONNEMENT La présente invention a trait aux moteurs thermiques du type de ceux qui transforment l'énergie calorifique produite par la combustion d'un mélange gazeux carburé en une énergie mécanique de mouvement et concerne plus particulièrement les moteurs thermiques multicylindres à régime rapide dont les mouvements des fluides d'admission et d'échappement sont réglés au niveau de chaque cylindre au moyen de quatre soupapes radiales avec arbres à cames en tête, parallèles à l'axe des cylindres. La problématique des moteurs thermiques à soupapes radiales réside dans leur fiabilité à haut régime, notamment en raison des difficultés rencontrées dans la conception du dispositif d'actionnement des soupapes permettant de coordonner les différents mouvements des soupapes radiales avec les cycles thermodynamiques du moteur. Pour ce type de moteurs à soupapes radiales, il existe deux catégories d'actionnement du mouvement des soupapes: - dans un premier cas, le mouvement des soupapes est commandé directement par l'effort de poussée de cames coniques; - dans un second cas, le mouvement des soupapes est commandé indirectement par des systèmes de renvoi avec des mouvements complexes. Un dispositif d'actionnement selon le premier cas présente des difficultés de réalisation tant en usinage qu'en mise au point car le profil de la came doit s'adapter à un poussoir de soupape dont la surface d'appui ne définit pas un plan parallèle à l'axe de rotation de l'arbre portant lesdites cames. En effet le profil de cette came dérive d'un cône à angle non constant d'où la complexité de la mise au point de l'usinage de ladite came. Un dispositif d'actionnement selon le second cas met en oeuvre des arbres à cames classiques cylindriques mais impose l'utilisation supplémentaire d'organes intermédiaires tels que biellettes, linguets ou culbuteurs qui, interposés entre les cames et les soupapes, ont pour rôle d'assurer les renvois des commandes des mouvements des soupapes. ll en résulte alors un dispositif avec une cinématique complexe, peu rigide en raison du nombre élevé de pièces intermédiaires en mouvement et peu fiable à cause des efforts parasites induits. De tels dispositifs d'actionnement des mouvements de soupapes disposées radialement empêchent les moteurs de ce type, généralement à chambre de combustion hémisphérique, de supporter des hauts régimes synonymes de puissance élevée. Ce que constatant, le demandeur a mené de longues recherches ayant pour objet la mise au point d'un dispositif d'actionnement de soupapes d'un concept nouveau qui utilise des organes classiques de mécanique dans sa réalisation avec des critères spécifiques d'adaptation pour pallier les inconvénients des deux dispositifs d'actionnement ci-dessus évoqués tout en conciliant les avantages des mêmes dispositifs, quand ils existent. A cet effet, la présente invention comporte des caractéristiques qui constituent un principe de conception d'un tel dispositif dont il résulte des avantages nouveaux parmi lesquels l'adéquation d'un moteur multicylindres à haut régime dont les mouvements des fluides puissent être réglés par quatre soupapes radiales, avec fiabilité et facilité de mise en oeuvre. Suivant ce concept nouveau du dispositif d'actionnement de l'invention, chaque soupape est actionnée par deux poussoirs mobiles liés de manière articulée entre eux et dont l'un, émetteur, est associé à la queue de soupape et monté coulissant dans l'axe de déplacement de ladite soupape et dont l'autre, récepteur, sur lequel est appliqué l'effort de poussée d'un organe de commande est monté coulissant dans l'axe dudit effort de poussée. Ainsi, lorsque l'axe de déplacement de la soupape et l'axe de l'effort de poussée dudit organe de commande forment un angle ouvert dans le cas de soupapes disposées radialement, la disposition des deux poussoirs, respectivement l'un dans ledit axe de déplacement et l'autre dans ledit axe de l'effort de poussée, offre le grand intérêt de renvoyer le mouvement de l'effort de poussée dans l'axe de déplacement de la soupape, par la combinaison judicieuse des deux mouvements rectilignes et des mouvements d'articulation des poussoirs entre eux. Selon un mode de réalisation préféré du dispositif d'actionnement de l'invention, la transmission du mouvement entre les deux poussoirs mobiles émetteur et récepteur d'une soupape est assurée par une biellette d'accouplement montée articulée à ses deux extrémités sur lesdits poussoirs. Selon un autre mode de réalisation préférée de l'invention, les guides dans lesquels se déplacent les deux poussoirs émetteur et récepteur sont aménagés dans la culasse du moteur selon deux axes formant le même angle que celui formé par l'axe de déplacement de la soupape et l'axe de l'effort de poussée dudit organe de commande. Ainsi, le mouvement radial d'une soupape est guidé dans la culasse et actionné par un organe de commande tel qu'une came cylindrique d'un arbre à cames qui, disposé parallèlement à l'axe des cylindres d'un moteur, agit directement sur le poussoir récepteur agencé dans la même culasse et dont la surface d'appui définit un plan parallèle audit arbre. Le dispositif d'actionnement de l'invention présente également un grand intérêt dans la mesure où il assure la mise au point fiable d'un moteur thermique multicylindres du type de celui dont les mouvements des fluides d'admission et d'échappement sont réglés par quatre soupapes radiales de telle sorte que les quatre soupapes radiales d'admission et d'échappement puissent être diamétralement opposées, deux à deux, en adéquation avec un arrangement de quatre arbres à cames cylindriques, un par soupape et pour l'ensemble des cylindres, parallèles entre eux et à l'axe d'alignement desdits cylindres. Les avantages d'un tel dispositif d'actionnement de soupapes radiales sont donc nombreux et parmi ceuxì: - l'utilisation d'arbres à cames cylindriques classiques, - des organes mécaniques simples (poussoirs, biellettes) donc faciles d'usinage et de mise au point, - une distribution rigide supportant des régimes élevés avec des lois de levée sévères permettant d'avoir des moteurs thermiques avec une puissance élevée, - des conduits d'admission très rectilignes minimisant les pertes de charges nuisibles à l'obtention de puissance élevée, - une disposition des soupapes radiales d'admission et d'échappement diamétralement opposées qui, tout en permettant d'avoir une chambre de combustion de type hémisphérique avec un très bon rendement thermodynamique, offre une meilleure fiabilité que les culasses connues à quatre soupapes radiales parallèles deux à deux dont les soupapes de même fonction sont côte à côte (disposition qui entraîne une charge thermique élevée entre les sièges des deux soupapes d'échappement conduisant à des avaries de culasses), - etc... Le principe fondamental de l'invention venant d'être évoqué ci-dessus dans sa forme la plus élémentaire, d'autres caractéristiques et d'autres avantages de la présente invention ressortiront plus clairement de la lecture de la description qui suit, donnant à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés, un mode de réalisation de dispositifs d'actionnement des soupapes radiales d'un moteur thermique multicylindres respectant les concepts fondamentaux de l'invention. Sur ces dessins: La figure 1 est une vue en coupe partielle de la culasse d'un moteur thermique multicylindres vu de dessus et utilisant de tels dispositifs d'actionnement. La figure 2 est une vue en coupe partielle verticale montrant la disposition de deux soupapes d'admission d'un même cylindre avec leurs dispositifs d'actionnement respectifs. La figure 3 est une vue en coupe partielle verticale montrant la disposition des deux soupapes d'échappement d'un même cylindre avec leurs dispositifs de commande respectifs. Le moteur de l'invention illustré sur la figure 1 est un moteur thermique du type de celui qui transforme l'énergie calorifique produite par la combustion d'un mélange gazeux carburé en une énergie mécanique de mouvement suivant les phases successives du cycle classique de cette transformation, à savoir, l'admission, la compression, la combustion de ce mélange gazeux carburé et la détente des gaz issus de cette combustion. Ce moteur comporte quatre cylindres 1, 2, 3, 4 dont le mouvement du mélange gazeux carburé est réglé par deux paires de soupapes radiales d'admission îooa, 100c et d'échappement lOOb, 100d, arrangées deux à deux diamétralement opposées. Le mouvement de ces soupapes d'admission 100a, îooc et d'échappement îoeb, 1O0d, permettant respectivement l'admission du mélange gaz carburé et l'échappement des gaz issus de la combustion, sont contrôlés dans leurs mouvements rectilignes alternatifs (flèches à double sens a', b', c', d' sur les dessins des figures 2 et 3) par quatre arbres à cames respectivement 200a, 200c, 200b, 200d disposés au-dessus de la culasse, parallèlement entre eux et à l'axe d'alignement XX' des quatre cylindres 1, 2, 3 et 4.Ces arbres 200a, 200b, 200c, 200d sont équipés de cames cylindriques 210 caractérisées chacune en indice, par une indication numérique 1, 2, 3 ou 4 en fonction de leur position par rapport aux cylindres 1, 2, 3 ou 4 et par une indication alphabétique a, b, c, d en fonction de leur position par rapport aux quatre soupapes lOOa, 100b, 100c ou 100(1. Tel que représenté, ce moteur quatre cylindres comporte donc seize soupapes radiales (huit d'admission et huit d'échappement), quatre arbres de commande 200a, 200b, 200c et 200d supportant seize cames cylindriques 210aï,..., 210d4. Les soupapes de même fonction lOOa et 100c d'une part et 100b et 100d d'autre part sont disposées en vis-à-vis de telle sorte que chaque soupape d'admission 100a ou 100c est entourée de deux soupapes d'échappement lOOb ou 100d, et vice-versa. En outre, les quatre soupapes iOOa, 100b, 100c et 100d de chaque cylindre 1, 2, 3 et 4 sont orientées suivant un certain angle par rapport à l'axe XX' des cylindres de telle sorte qu'elles puissent être logées facilement sur un moteur multicylindres sans avoir à augmenter l'entraxe x séparant deux cylindres contigus.Ainsi, comme on peut le voir sur les dessins des figures 2 et 3, la disposition de ces soupapes permet de mettre en oeuvre une chambre de combustion de type hémisphérique de rayon r et où les soupapes positionnées de façon radiale ont leurs axes qui concourent en un point 0. Le dessin de la figure 2 a pour objet d'illustrer en coupe verticale le fonctionnement des dispositifs d'actionnement 300a et 300c de deux soupapes d'admission 100a et 100c diamétralement opposées et destinées à libérer ou à obstruer les deux conduits d'admission 400a et 400c aménagés dans la culasse 400. Les tiges de ces soupapes sont montées coulissantes (flèches à double sens a', c') dans une paire de guides respectivement 110a, 110c convenablement fixés dans la culasse 400 du moteur.Les deux dispositifs d'actionnement 300a et 300c sont constitués chacun par deux poussoirs dont l'un dit émetteur 310a ou 310c est associé à la queue de la soupape 100a ou 100c et l'autre dit récepteur 320a ou 320c est destiné à recevoir l'effort de poussée (flèche a ou flèche c) de la came cylindrique 210a ou 210c des arbres de commande 200a ou 200c. Les poussoirs récepteurs 320a et 320c se déplacent dans des guides non représentés aménagés dans la culasse 400 dans l'axe des efforts de poussée (flèches a, c) des cames de commande 210a et 210c alors que les poussoirs émetteurs 310a et 310c sont montés coulissants dans l'axe des mouvements de déplacement (flèches à double sens a', c') des soupapes 100a et 100c à l'intérieur de guides 410a et 410c pratiqués dans la culasse 400.La transmission du mouvement entre les deux poussoirs mobiles émetteur 310a ou 310c et récepteur 320a ou 320c d'un dispositif de commande 300a ou 300c est assurée par une biellette d'accouplement 330a ou 330c respectivement montée articulée à ses deux extrémités sur les deux poussoirs d'un même dispositif d'actionnement 300a ou 300c. On notera que le poussoir émetteur 310a ou 310c est conformé de façon à surmonter la queue de soupape 100a tout en recouvrant en partie le dispositif de rappel de ladite soupape non représentée et qui pourra être du type à ressort ou tout autre moyen de rappel. Une pastille de réglage de jeu 120a (illustrée seulement sur le dessin pour le dispositif de commande 300a) peut être intercalée entre la queue de soupape 100a et le moyen de rappel.Outre sa fonction propre de réglage, cette pastille 120a permet également d'annuler tous les efforts latéraux parasites entre la queue de soupape 100a et le poussoir émetteur 310a Le fonctionnement du dispositif de commande 300a ou 300c est le suivant. Lorsqu' une des cames cylindriques 210a ou 210c est actionnée de manière à exercer un effort de poussée sur le poussoir récepteur 320 a ou 320c dans le sens indiqué par la flèche a ou c, le même poussoir récepteur 320a et 320c se déplace dans son guide respectif dans le sens indiqué par la flèche a ou c entraînant dans son déplacement la biellette d'accouplement 330a et 330c.Sous l'effet de l'effort de poussée reçu, la biellette bascule et, grâce à la double articulation de ses extrémités, transmet ledit effort au poussoir émetteur 310a ou 310c qui ne peut se déplacer que dans son guide 410a ou 410c donc dans le sens de la flèche a' ou c', associant dans son mouvement la soupape 100a ou 100c y associée à l'intérieur de son guide 1 10a ou 110c. Une fois la commande exécutée et son déplacement achevé, le moyen de rappel agencé dans le poussoir récepteur 310a ou 310c imprime le mouvement inverse permettant au susdit poussoir récepteur 320a ou 320c de revenir à sa position d'origine. Le dessin de la figure 3 a, quant à lui, pour objet d'illustrer le fonctionnement des dispositifs d'actionnement 300b et 300d des deux soupapes d'échappement 100b et 100d libérant ou obturant les conduits d'échappement 400b et 400d ménagés dans la culasse 400. Sur ce dessin, sont représentés les mêmes organes des dispositifs 300a et 300c de l'admission adaptes aux dispositifs de l'échappement et à savoir: - deux soupapes 100b et 100d diamétralement opposées (pour s'intercaler entre les deux soupapes d'admission 100a et 100c) se déplaçant (flèches à double sens b' ou d') dans des guides 110b et 110d façonnés dans la culasse 400, - deux poussoir émetteurs 310b et 310c se déplaçant dans des guides de culasses 410b et 410d et reliés, via une pastille de réglage 120b (illustrée uniquement pour le poussoir 310b), aux queues de soupapes 100b et 100d, - deux poussoirs récepteurs 320b ou 320d sur lesquels sont appliqués les efforts de poussée (flèches b et d) exercés par les cames cylindriques 210b et 210d, - deux biellettes 330b et 330d reliant de manière articulée, les poussoir émetteurs 310b et 310c aux poussoirs récepteurs 320b ou 320d. Le fonctionnement des dispositifs d'actionnement 300b et 300d est identique à celui des dispositifs d'actionnement 300a et 300c, avec un positionnement décalé des cames correspondantes 210b, 210d, 210a, 210c adapté pour assumer les différentes phases du cycle thermodynamique nécessaire au fonctionnement du moteur. On comprend que les dispositifs d'actionnement qui viennent d'être ci-dessus décrits et représentés l'ont été en vue d'une divulgation plutôt que d'une limitation. Bien entendu, divers aménagements, modifications et améliorations pourront être apportés aux exemples ci-dessus, sans pour autant sortir du cadre de l'invention pris dans ses aspects et dans son esprit les plus larges. Afin de permettre une meilleure compréhension des dessins, une liste des références avec leurs légendes est ci-après énumérée. 1, 2, 3, 4 cylindres 100a, 100c . . . soupapes d'admission 110a, 1 10c guides des soupapes 100a,100c 1 20a... pastille de réglage de la soupape 100a 100b, 100d.... . soupapes d'échappement 110b, 110d guides des soupapes 100b, 100d 1 20b pastille de réglage de la soupape 100b 200 (a, b, c ,d).... arbres à cames 210 (al, a2...d4) cames cylindriques 300a, 300c dispositifs d'actionnement des soupapes d'admission 310a, 31 Oc poussoirs émetteurs d'admission 320a, 320c poussoirs récepteurs d'admission 330a, 330c biellettes d'accouplement d'admission 300b, 300d dispositifs d'actionnement des soupapes d'échappement 310b, 310(1 poussoirs émetteurs d'échappement 320b, 320d poussoirs récepteurs d'échappement 330b, 330(1 biellettes d'accouplement d'échappement 400 . culasse 400a, 400c conduits d'admission 400b, 400d conduits d'échappement 410a, 410e guides des poussoirs émetteurs 310a, 310c 410b, 410(1 guides des poussoirs émetteurs 310b, 310d O point concourant des axes des soupapes radiales r . rayon de la chambre de combustion XX' axe d'alignement des cylindres 1, 2, 3, 4 vu de dessus x entraxe des cylindres 1,2,3,4 flèches (a, c) mouvements des efforts de poussée des cames 210a, 210c flèches (b, d) mouvements des efforts de poussée des cames 210b, 210d flèches à double sens (a', c') mouvements de déplacement des soupapes d'admission 100a, 100c flèches à double sens (b', d') mouvements de déplacement des soupapes d'échappement 100b, 100d REVENDICATIONS 1. Dispositif d'actionnement des soupapes (100a, lOOb, 100c, 100d) pour moteur thermique, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE chaque soupape (100a, l00b, 100c, 100d) est actionnée par deux poussoirs mobiles (310a, 320a, 310b, 320b, 310c, 320c, 310d, 320d) liés de manière articulée entre eux et dont l'un émetteur (310a, 310b, 310c, 310d) est associé à la queue de soupape (100a, 100b, 100c, 100d) et monté coulissant (flèches a', b', c', d') dans l'axe de déplacement de ladite soupape et dont l'autre récepteur (320a, 320b, 320c, 320d) sur lequel prend appui un organe de commande (210al, 210a2, ...210d4) est monté coulissant dans l'axe de l'effort de poussée (flèches a, b, c, d) dudit organe de commande. 2. Dispositif d'actionnement selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE l'axe de déplacement de la soupape (lOOa, lOOb, 100c, 100d) et l'axe de l'effort de poussée (flèches a, b, c, d) dudit organe de commande (210a, 210b, 210c, 210d) forment un angle ouvert. 3. Dispositif d'actionnement selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE les mouvements de déplacement (flèches a, a', b, b' c, c', d, d') des deux poussoirs émetteur (310a, 310b, 310c, 310d) et récepteur (320a, 320b, 320c, 320d) sont accompagnés dans des guides (410a, 410b, 410c, 410d) aménagés dans la culasse (400) du moteur. 4. Dispositif d'actionnement selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE la transmission des mouvements rectilignes alternatifs (flèches a, a', b, b' c, c', d, d') entre les deux poussoirs mobiles émetteur (310a, 310b, 310c, 310d) et récepteur (320a, 320b, 320c, 320d) d'une soupape (100a, 100b, 100c, 100d) est assurée par une biellette d'accouplement (330a, 330b, 330c, 330d) montée articulée à ses deux extrémités sur lesdits poussoirs. 5. Dispositif d'actionnement selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le susdit organe de commande de chaque soupape (lOOa, 100b, 100c, 100d) exerçant un appui (flèches a, b, c, d) sur le susdit poussoir récepteur (320a, 320b, 320c, 320d) est constitué par une came cylindrique (210 al, 210a2, ...210d4) d'un arbre à cames (200a, 200b, 200c, 200d). 6. Dispositif d'actionnement selon les revendications 1, 2 et 3 prises ensemble, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE les guides (410a, 410b, 410c, 410d) dans lesquels se déplacent les deux poussoirs émetteur (310a, 310b, 310c, 310d) et récepteur (320a, 320b, 320c, 320d) sont aménagés dans la culasse (400) du moteur selon deux axes formant le même angle que celui formé par l'axe de déplacement de la soupape (100a, îoob, 100c, 100d) et l'axe de l'effort de poussée dudit organe de commande (210 al, 210a2, ...210d4). 7. Dispositif d'actionnement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le susdit poussoir émetteur (310a, 310b, 310c, 310d) est conformé de façon à surmonter la queue de soupape (100a, 100b, 100c, 100d) tout en . couvrant un dispositif de rappel de ladite soupape, via une pastille de réglage de jeu (120a, 120b) intercalée entre la queue de soupape (lOOa, l00b, 100c, 100d) et le susdit moyen de rappel 8.Moteur thermique multicylindres du type de celui dont les mouvements du fluide sont réglés par quatre soupapes radiales (l00a, lOOb, lOOc, 100d) utilisant des dispositifs d'actionnement (300a, 300b, 300c, 300d) selon les revendications 1 à 7 prises ensemble, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE les quatre soupapes radiales d'admission (100a et 100c) et d'échappement (lOOb et 100d) de chaque cylindre (1, 2, 3, 4) sont diamétralement opposées, deux à deux, en adéquation avec un arrangement de quatre arbres à cames cylindriques (200a, 200b, 200c, 200d), un par soupape (100a, lOOb, 100c, 100d) et pour l'ensemble des cylindres (1, 2, 3, 4). 9. Moteur thermique multicylindres selon la revendication 8, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE les quatre arbres à cames cylindriques (200a, 200b, 200c, 200d) sont disposés parallèlement entre eux et à l'axe d'alignement (XX') desdits cylindres (1, 2, 3, 4). 10. Moteur thermique multicylindres selon les revendications 8 et 9, CARACTERISE PAR LE FAIT QU'il comprend quatre cylindres (1, 2, 3, 4) avec chacun une chambre de combustion de type hémisphérique, seize soupapes radiales avec huit d'admission (lOOa, 100c) et huit d'échappement (100b, 100d) diamétralement opposées sur chaque cylindre, quatre arbres de commande (200a, 200b, 200c, 200d) supportant seize cames cylindriques (210al,..., 2l0d4)cOmmandant seize dispositifs d'actionnement (300a, 300b, 300c, 300d).