Brevet FR2767154A1 — publié le 19990212

"Dispositif d'équilibrage d'un arbre à cames par compensation de couples" La présente invention concerne un moteur à combustion interne de véhicule automobile. Plus précisément, I'invention concerne un dispositif pour l'équilibrage d'un arbre à cames par compensation de couple. Dans un moteur à combustion interne, tel qu'un moteur pour véhicule automobile, les cylindres reçoivent de l'air, éventuellement mélangé avec du combustible, par un conduit d'alimentation fermé par une soupape d'alimentation. Les gaz brûlés à la suite de l'explosion sont expulsés par un autre conduit d'échappement, lui aussi fermé par une soupape d'échappement. Les mouvements des soupapes d'alimentation et d'échappement sont commandés par le mouvement de cames d'actionnement fixées sur un arbre à cames agencé à proximité de la culasse du moteur. En effet, L'arbre à cames comporte un certain nombre de cames d'actionnement réparties axialement le long de l'arbre à cames, et chaque came comporte un lobe dont la fonction est d'opérer l'enfoncement de la soupape dans son logement éventuellement à l'aide d'un dispositif de renvoi de mouvement. Les lobes des cames sont agencés selon des angles différents, pour entraîner cycliquement le mouvement des soupapes. L'arbre à cames est entraîné en rotation par une courroie crantée ou une chaîne, entraînée elle-même par le vilebrequin du moteur, ou par une cascade de pignons. Ce dispositif, bien qu'étant utilisé de façon très courante, présente un inconvénient, directement lié à l'agencement des cames. En effet, lorsque le bord d'un lobe d'une came d'actionnement agit sur une soupape, le couple résistant qui résulte de cette poussée ralentit la rotation de l'arbre à cames, et lorsque la soupape revient à sa position initiale sous l'action de son ressort de soupape, elle repousse le lobe de la came et applique un couple moteur à l'arbre à cames qui est alors accéléré. Cette succession de ralentissements et d'accélérations, et de couples opposés, provoque des à-coups qui sont particulièrement nuisibles pour la courroie ou pour la chaîne d'entraînement. Ce phénomène est d'autant plus gênant lorsque l'arbre à cames comporte plusieurs cames d'actionnement, réparties angulairement autour de l'arbre, ce qui entraîne pour une seule rotation de l'arbre à cames plusieurs couples opposés et par conséquent plusieurs successions de ralentissements et d'accélérations. Pour remédier à cet inconvénient, le document US-A-5.040.500 propose différents dispositifs de compensation de couple. En particulier, ce brevet propose un dispositif qui comporte une came supplémentaire d'équilibrage, agencée sur l'arbre à cames. Cette came supplémentaire comporte plusieurs lobes dont le rôle est de compenser les couples de chacune des cames d'actionnement. Le dispositif de compensation de couple comporte de plus un ressort dont une extrémité prend appui sur la culasse du moteur et dont l'autre extrémité agit sur un bras pivotant qui fait office de levier. Plus précisément, une des extrémités du bras est au contact du ressort, et l'autre extrémité comporte un galet agencé au contact de la came d'équilibrage multi-lobes. Une partie médiane du bras est articulée à l'extrémité d'un support de la culasse et fait office d'axe du levier. Ainsi, lorsque le bord d'un lobe de la came d'équilibrage agit sur le galet, celui-ci est entraîné vers le haut par exemple. Par l'intermédiaire du levier, L'autre extrémité du bras est entraînée vers le bas. Le ressort étant établi en opposition au mouvement vers le bas de l'extrémité du bras sur lequel il agit, il freine le mouvement de la tige et, par conséquent, le mouvement rotatif de la came d'équilibrage. Inversement, lorsqu'un lobe de la came d'équilibrage est passé au-delà du galet, le ressort rappelle élastiquement le bras pivotant vers une position de "repos". De cette façon, étant donné que la came d'équilibrage comporte plusieurs lobes, ce dispositif permet de compenser les couples provoqués par la poussée de l'ensemble des soupapes et leur retour en position de repos. Cependant, ce dispositif qui permet d'annuler les couples dus à la poussée et au retour des soupapes ne peut pas s'appliquer à toutes les conceptions de moteurs. En effet ce dispositif peut difficilement s'utiliser dans le cas d'un moteur comportant des arbres à cames en tête. Le dispositif décrit est en effet particulièrement encombrant, et présente des problèmes pour l'implantation au-dessus de la culasse, ou dans le cas où l'on souhaite placer un carter de protection audessus des arbres à cames situés au-dessus de la culasse. De plus, ce dispositif utilise plusieurs composants, et présente des difficultés pour l'installation dans un moteur. Pour remédier à ces problèmes, I'invention propose un dispositif d'équilibrage pour arbre à cames de moteur à combustion interne qui est entraîné en rotation au-dessus du moteur et qui comporte des cames d'actionnement réparties axialement le long de l'arbre, dont chacune comporte un lobe pour déplacer cycliquement une soupape à l'encontre de l'effort appliqué à la soupape par un ressort de soupape, et au moins une came supplémentaire d'équilibrage qui comporte plusieurs lobes, et du type comportant un ressort qui prend appui sur la culasse du moteur pour agir indirectement sur le bord des lobes de la came d'équilibrage de manière à appliquer à l'arbre à cames un couple opposé aux couples produits par le déplacement des soupapes par les cames d'actionnement, caractérisé en ce que le ressort coopère directement avec le bord des lobes de la came d'équilibrage. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - le ressort est un ressort à lame dont une partie est fixée à la culasse et dont l'autre partie coopère avec la came d'équilibrage - deux parties opposées du ressort à lame coopèrent avec deux cames d'équilibrage de deux arbres à cames parallèles du moteur - la lame du ressort est fixée par sa partie centrale sur la culasse, et des parties d'extrémité latérales opposées de la lame du ressort coopèrent avec les deux cames d'équilibrage des deux arbres à cames - des parties d'extrémité latérales opposées de la lame du ressort sont fixées à la culasse, et la lame du ressort coopère avec les cames d'équilibrage des deux arbres par des parties intermédiaires opposées - le ressort est un élément compressible axialement, et le dispositif comporte une pièce intermédiaire interposée entre une extrémité libre du ressort, et le bord des lobes de la came d'équilibrage - le ressort est constitué d'au moins une rondelle, élastique axialement - un galet, libre en rotation autour d'un axe parallèle à l'axe de l'arbre à cames, est interposé entre le ressort et le bord des lobes de la came d'équilibrage. Un tel dispositif permet de réduire fortement le nombre de composants et de proposer un dispositif simplifié. De plus, ce dispositif est particulièrement peu encombrant. En effet, les ressorts à lame et les ressorts constitués par une rondelle tronconique, élastique axialement, permettent de gagner de la place en étant agencés avantageusement entre les arbres à cames et la culasse. De plus, leur mise en place est particulièrement facilitée que ce soit au montage, ou dans le cas de manipulations ultérieures dans le cadre de réparations. Enfin, ce dispositif permet de disposer un carter qui délimite, au-dessus de la culasse, un espace fermé dans lequel sont agencés les arbres à cames. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels - les figures i à 4 représentent des vues en coupe transversale, de la culasse et du dispositif conformes à quatre premiers modes de réalisation de l'invention faisant appel à des ressorts à lame; et - les figure 5 et 6 sont des vues partielles en coupe d'un cinquième et sixième modes de réalisation de l'invention faisant appel à des rondelles élastiques. Dans la description détaillée qui suit, sur les différentes figures, les éléments identiques, similaires ou analogues sont désignés par les mêmes chiffres de référence. On a représenté aux figures 1 à 6 un dispositif 10 d'équilibrage d'arbres à cames parallèles 12 et 14 agencés audessus d'une culasse 16 pour un moteur à combustion (non représenté) comportant des arbres à cames en tête. L'espace 17 dans lequel sont situés les arbres à cames 12 et 14 peut être fermé par un carter 18 que l'on peut voir en particulier aux figures 2 et 4. De façon connue, les arbres à cames 12 et 14 comportent chacun une came d'équilibrage 20 et 22. Chacune de ces cames d'équilibrage 20 et 22 comporte plusieurs lobes que l'on regroupera sous la référence 24. Conformément à l'invention, et comme on peut le voir aux figures 1 à 4, le dispositif d'équilibrage 10 comporte un ressort 26, qui est ici constitué par une lame élastique, et qui est fixé sur la culasse 16. Le ressort 26 coopère directement avec le bord des lobes 24 des cames d'équilibrage 20 et 22. La lame du ressort 26 est tarée de façon à produire un couple opposé aux couples produits par les cames d'actionnement. Comme on peut le voir aux figures 1 et 2, le ressort 26 est fixé par sa partie centrale 28 à la culasse 16, et ses extrémités opposées 30 et 32 sont en contact avec les lobes 24 des cames d'équilibrage 20 et 22 respectivement, afin de compenser les couples induits par les déplacements des soupapes par les cames d'actionnement (non représentées). Dans les modes de réalisation illustrés aux figures 1 et 2, qui représentent deux modes de réalisation très proches, le ressort à lame 26 est directement en contact avec les cames d'équilibrage 20 et 22 pour produire un couple opposé au couple produit par les cames d'actionnement. Sur la figure 1, la partie centrale 28 du ressort 26 est fixée par une vis sur une partie centrale de la culasse 16. En revanche, sur la figure 2, la partie centrale 28 du ressort 26 est maintenue pincée par serrage entre une partie centrale 19 de la culasse 16, et une partie centrale 21 du carter 18. La partie centrale 18 du ressort 26 comporte un talon 29 de maintien transversal du ressort qui est reçu dans des logements complémentaires des parties centrales en vis à vis 19 et 21. Le dispositif d'équilibrage 10 illustré à la figure 4 présente un autre mode de réalisation dans lequel le ressort 26, qui est toujours un ressort à lame, est fixé par ses extrémités 30 et 32 à la culasse 16. En effet, les extrémités 30 et 32 sont pincées par serrage entre les bords latéraux en vis à vis de la culasse 16, et des bords du carter supérieur 18. Ainsi, la fixation du ressort est simplifiée et ne nécessite pas de système de fixation supplémentaire et compliqué à assembler. Le ressort 26 coopère donc avec les lobes 24 des cames d'équilibrage 20 et 22 par des parties intermédiaires opposées 38 et 40. Dans ce cas, c'est la partie centrale 28 du ressort 26 qui lui confère l'élasticité nécessaire. Ce dispositif permet de gagner de la place en présentant un encombrement minimal entre la culasse 16 et les cames d'équilibrage 20 et 22. Selon un autre mode de réalisation, illustré aux figures 5 et 6, le ressort est un ressort 44 compressible axialement. Ce ressort 44, constitué par exemple par un empilage de rondelles élastiques, est agencé dans un logement 46 de la culasse, placé sensiblement sous la came d'équilibrage 20. Ce dispositif d'équilibrage 10 est complété par une pièce intermédiaire 48 agencée entre le ressort 44 et la came d'équilibrage 20. La pièce intermédiaire 48 a un rôle de poussoir, pour faciliter le contact avec le bord des lobes 24 de la came d'équilibrage 20. Cette pièce intermédiaire 48 permet en outre de guider le ressort 44 dans le logement 46 de la culasse 16. Ce dispositif utilisant un ressort compressible axialement permet de gagner de la place, et de conserver un dispositif d'équilibrage qui agit directement sur les lobes 24 des cames d'équilibrage 20 et 22. Avantageusement, ce ressort est constitué par au moins une rondelle 44, sensiblement tronconique, élastique axialement, du type "Belleville". Pour plus d'efficacité et selon la force nécessaire pour compenser les couples produits par les cames d'actionnement, le ressort 44 peut être composé de plusieurs rondelles "Belleville" montées de préférence en opposition. La figure 5 représente un dispositif comportant un ressort 44 constitué de plusieurs rondelles "Belleville" dans une situation ou le ressort 44 est comprimé par le bord d'un lobe 24 de la came d'équilibrage 20. En revanche, sur figure 6, on a représenté sensiblement le même dispositif dans un cas ou le came d'équilibrage 20 ne comprime pas le ressort 44. Enfin, dans tous les cas précédents le dispositif d'équilibrage 10 peut comporter un galet, libre en rotation, qui est porté par le ressort et agencé au contact de la came d'équilibrage 20 ou 22 pour diminuer les frottements tout en permettant de générer un couple s'opposant au couple produit par les cames d'actionnement. Comme on peut le voir par exemple sur la figure 3, un galet 50 est en contact avec les bords des lobes de la came 20. Ce galet est agencé aux extrémités du ressort 26 qui constitue les moyens de maintien du galet 50 en formant une bride de fixation qui enserre l'axe de rotation du galet. Cet agencement de galets 50 aux extrémités de la lame du ressort permet d'envisager, comme on peut le voir sur la figure 3, un profil de la lame qui soit orienté vers le haut, avec une seule courbure, sans point d'inflexion. Cet agencement permet de produire un couple plus important avec un ressort plus facile à réaliser. Comme on peut le voir sur la figure 6 un galet 50, semblable au galet 50 de la figure 3, est agencé sur le poussoir 48 dans le même but de réduire les frottements entre le poussoir 48 et la came d'équilibrage 20. Ce galet 50 est fixé sur le poussoir 48 de façon à être libre en rotation selon un axe parallèle à celui de l'arbre à cames. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'équilibrage (10) pour un arbre à cames (12, 14) de moteur à combustion interne qui est entraîné en rotation au-dessus du moteur et qui comporte des cames d'actionnement réparties axialement le long de l'arbre, dont chacune comporte un lobe pour déplacer cycliquement une soupape, et au moins une came supplémentaire d'équilibrage (20, 22) qui comporte plusieurs lobes (24), et du type comportant un ressort (26, 44) qui prend appui sur la culasse (16) du moteur pour agir sur le bord des lobes (24) de la came d'équilibrage (20, 22) de manière à appliquer à l'arbre à cames (12, 14) un couple opposé aux couples produits par le déplacement des soupapes par les cames d'actionnement, caractérisé en ce que le ressort (26, 44) coopère directement avec le bord des lobes (24) de la came d'équilibrage (12,14). 2. Dispositif d'équilibrage (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ressort (26) est un ressort à lame dont une partie (28, 30,32) est fixée à la culasse (16) et dont l'autre partie (30, 32, 38, 40) coopère avec la came d'équilibrage (20, 22). 3. Dispositif d'équilibrage (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que deux parties opposées (30, 32, 38, 40) du ressort à lame (26) coopèrent avec deux cames d'équilibrage (20, 22) de deux arbres à cames (12, 14) parallèles du moteur. 4. Dispositif d'équilibrage (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que la lame du ressort (26) est fixée par sa partie centrale (28) sur la culasse (16), et en ce que des parties d'extrémité latérales opposées (30, 32) de la lame du ressort (26) coopèrent avec les deux cames d'équilibrage (20, 22) des deux arbres à cames (12, 14). 5. Dispositif d'équilibrage (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que des parties d'extrémité latérales (30, 32) opposées de la lame du ressort (26) sont fixées à la culasse (16), et en ce que la lame du ressort (26) coopère avec les cames d'équilibrage (20, 22) des deux arbres (12, 14) par des parties intermédiaires opposées (38, 40). 6. Dispositif d'équilibrage (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ressort (44) est un élément compressible axialement, et en ce que le dispositif comporte une pièce intermédiaire (48) interposée entre une extrémité libre du ressort, et le bord des lobes (24) de la came d'équilibrage (20, 22). 7. Dispositif d'équilibrage (10) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le ressort (44) est constitué d'au moins une rondelle, élastique axialement. 8. Dispositif d'équilibrage (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un galet (50), libre en rotation autour d'un axe parallèle à l'axe de l'arbre à cames (12, 14), est interposé entre le ressort (26, 44) et le bord des lobes (24) de la came d'équilibrage (20, 22).